湖南大学 中国联通研究院 中国联通软件研究院 北京邮电大学 上海交通大学 2025 年 8 月 智算中心光电协同交换网络 全栈技术白皮书 编写说明 编写单位： 湖南大学、中国联通研究院、中国联通软件研究院 北京邮电大学、上海交通大学 编写人员： 湖南大学： 陈果、梁帮博、陈禹澎、刘璇 中国联通研究院： 程新洲、曹畅、徐博华、杨斌、文晨阳、谢志普、徐洁、 黄金超 中国联通软件研究院： 在此背景下，光交换技术凭借超大带宽、超低延迟与低功耗等特 性，正与电交换形成互补融合的“光电协同”架构，成为新一代智算 中心网络的重要发展方向。光电协同不仅能够在物理层显著提升链路 性能，还为网络的灵活重构、智能调度与按需适配提供了技术空间。 全球领先的产业与科研力量均已在此领域展开探索，并在部分应用场 景实现试点部署。 然而，要实现光电协同网络在智算中心的规模化落地，仍需跨越 多重技术关卡。从应用层集合通信模式与动态拓扑的适配，到传输层 资源的智能分配；再到物理层光交换的传输损耗与延迟难题，均对网 络架构设计、协议栈演进与资源编排提出了系统性挑战。 本白皮书面向智算中心光电协同交换网络的全栈技术体系，旨在： • 梳理国家政策、AI 发展趋势与智算中心网络需求，揭示光电 协同兴起的背景； • 分析光交换与电交换的性能差异与技术互补性； • 总结光电协同网络在应用层、传输层、路由层、链路层与物理 层的关键挑战与发展路径； • 提出面向未来的技术演进方向与标准化路线建议。

.......................................................................................... 14 3.3 光电混合系统............................................................................................... 向予 以重点支持。多个部委相继出台一系列重要政策，支持光计算芯片、光神经网络、 硅基光电子等核心技术的研发，中央网络安全和信息化委员会发布的《“十四五” 国家信息化规划》明确提出，要加强在集成电路、硅基光电子等关键前沿领域的 战略研究与布局。科技部在“十四五”重点专项申报指南中，将信息光子技术、 光电混合 AI 加速计算芯片等纳入重要内容，为科研工作提供了明确的方向指引。 国家自然科学 中国移动 面向新型智算的光计算白皮书（2025） 2 发，鼓励企业探索采用光计算等新技术、新架构开展智算中心建设。重庆市出台 的《重庆市未来产业培育行动计划（2024-2027 年）》，聚焦硅基光电子技术， 大力支持光子技术发展，推动区域相关产业实现创新升级。湖北省在 2025 年政 府工作报告中，将超高速混合光子集成芯片列为攻关突破方向，推动湖北省科技 创新与产业创新。 从国家到地方

Optical Input Output）为代表的创新方案成为替代铜缆方案的优秀选择。这 些技术的核心在于最大程度地缩短电信号与光引擎（OE, Optical Engine）之间的距离，实现在芯片层面即完成光电转换，从根本上规 避了传统可插拔光模块的高成本与易故障问题，同时继承了光纤传输 的技术优势。 功耗显著降低。NPO、CPO等技术将光引擎与GPU封装在同一基板甚 至同一芯片上，将电信号路径缩短至厘米甚至毫米级别，大幅减少了 制问题。“光进铜退”已成为智算集群的必然趋势，是实现未来算力 跨越式发展的核心驱动力。 此外，光技术的引入已拓展到交换层，即光交换技术（OCS，Optical Circuit Switching）。为解决传统电交换机多次光电转换导致的高能 耗和微妙级延迟瓶颈，OCS直接在光域完成信号路由，最高可达纳秒级 切换速度，较电交换快2-3个数量级。纯光交换中微镜反射型（MEMS， 面向大规模智算集群场景光互连技术白皮书 (2025) 点探讨数据中心内光互连技术的分类、器件与技术趋势。 2.1. 业界存在两大类光互连技术 光互连技术是通过应用光电转换与融合技术，取代电信号在传统 数据传输场景中的主导角色，甚至直接替代芯片上的电IO功能，最终 实现信号在传输过程中远距离、低功耗、高密度的目标。其中，实现 光电转换的光引擎（Optical Engine，OE）是光互连技术的核心。根 据应用场景、光引擎与xPU芯片的距离以及封装集成程度的差异，业界

................... 5 2.1.2 线性接收光学........................................................ 6 2.2 光电共封技术.....................................................................6 2.2.1 板上光学............. ...... 18 5. 产业生态与标准化.....................................................................21 5.1 光电领域互连标准............................................................21 5.1.1 CPO 领域标准............... .................... 22 5.1.3 Chiplet 领域标准............................................... 22 5.2 光电领域交换标准与产业生态....................................... 24 5.2.1 光交换标准发展现状.............................

中国指挥中心研究报告 38 （灵犀分布式智能拼控系统） 公司部分应用案例： 江苏某运输局 山东某指挥中心 2024-2025 中国指挥中心研究报告 39 深圳市联建光电股份有限公司 深圳市联建光电股份有限公司（以下简称：联建光电）作为LED显示行业龙头企业，拥有军工级别品质认证、 自研 COB 微间距全产业链，同时手握过百项行业黑科技，倾力打造的指挥中心显示解决方案，广泛应用于公安、 军队 扁平化、联动一体化、过程可视化的高效运作。 多年来，联建光电已为长沙高新区公安分局、襄阳公安局、上海青浦公安局、深圳福田公安局、重庆消防 总队、山东省滕州市公安局、贵州省公安消防总队等全国多个城市的智慧指挥中心和其他组织机构提供过智慧 指挥显示系统支持，真正助力各行业指挥中心场景实现联动一体化、过程可视化的高效运作。 联建光电倾心打造的高分可视化显控平台广泛应用于公安、军队、交警、消防、人防、城市应急等行业的 形、图像、视频等信息联动切换，及各种高分辨率地 理图像信息实时、全屏显示等功能，真正助力各指挥中心场景实现指挥扁平化、联动一体化、过程可视化的高 效运作。 联建光电亮点产品： 联建光电全防护小间距「VAII 系列」 联建光电全防护小间距「VAII 系列」具有全方位防护、卓越画质等特性，是当之无愧的经典爆款。VAII 外观设计炫酷高级，内在设计隐藏式把手、防漏 光设计、安全倒角、底部防磕碰等，让使用体验

息孤岛”，设备无法实时响应生产的动态调整，并且运维环节存在质量溯源难、人工依赖高和知识 传承困难等问题，严重制约企业高质量发展。 图 3 亨通光电算网智一体机试点组网图 江苏亨通光电股份有限公司，是全 球前三光纤光缆生产商，在苏州有 3 个产业园区，年产值 300 亿规模。 江苏亨通光电正逐步实现从传统制 造向智能制造跨越，作为精密工业 的领先企业，对信息通信传输的时 延、抖动有更高的要求，对柔性生产、 往需要耗费大量的时间和人力，而且准确度和效率都无法得到保障，人工查阅效率低和专业背景知 识要求高等问题也给运维工作带来了挑战。 4.2 意图驱动智能专网管理 15 中国移动研究院联合江苏移动、亨通光电，共同完成业界首例全自研“算网智一体机”试点，验证 了算网智内生一体化方案的创新价值，试点架构如图 3 所示。该试点围绕 5G LAN、5G LAN+ 双发 选收、智能运营及业务智能体等关键能力

44 TOP.45 TOP.46 TOP.47 TOP.48 TOP.49 人力资源核心指标 芯片设计 薪智 31 乐鑫信息科技（上海）股份有限公司 较上期：-4.8% 79 陕西光电子先导院科技有限公司 较上期：-4.8% 20 湖北九同方微电子有限公司 较上期：-5.6% 17 美芯晟科技（北京）股份有限公司 较上期：-7.7% 36 无锡芯朋微电子股份有限公司 34 敦泰科技（深圳）有限公司 较上期：-10.5% 17 上海新相微电子股份有限公司 较上期：-10.9% 49 上海矽杰微电子有限公司 较上期：-11.1% 24 南京国兆光电科技有限公司 较上期：-11.3% 55 深圳市鼎芯无限科技有限公司 较上期：-11.3% 47 北京思凌科半导体技术有限公司 较上期：-11.4% 31 招聘动态 - 典型公司 TOP100

、苏州盛科通 信股份有限公司、朗美通通讯技术（深圳）有限公司、武汉光迅科技股份有限 公司、思博伦通信科技（北京有限公司）、集益威半导体（上海）有限公司、成 都新易盛通信技术股份有限公司、索尔思光电、武汉华工正源光子技术有限公 司、上海云脉芯联科技有限公司联合编撰。 本白皮书不包含我国科技发展战略、方针、政策、计划等敏感信息。不包含 涉密项目的背景、研制目标、路线和过程，敏感领域资源、数据，关键技术诀窍、 Retransmission 链路级重传 MAC Media Access Control Layer 介质访问控制层 PCS Physical Coding Sublayer 物理编码子层 PD Photodiode 光电二极管 PHY Physical 物理层 PMA Physical Medium Attachment 物理媒介适配层 RDMA Remote direct memory access 远程直接内存访问

增长，环境传感器的市场快速 扩大。新型半导体气体传感器、电化学传感器、光学粒子计数器等技术的成熟，使得 便携式、低成本的环境监测成为可能。 5、光学与图像传感器 包括 CMOS 图像传感器、光电传感器、红外传感器、光谱传感器等，这类传感器将光 信号转换为电信号。图像传感器是机器视觉的眼睛，在安防监控、自动驾驶、工业检 测、医疗影像等领域不可或缺。3D 感知、多光谱成像、单光子探测等前沿技术正在拓 红外（1-3μm）、中波红外（3-5μm）、长波红外（8-14μm）等。不同波段的红外 成像需要不同的探测器技术和应用策略。 5.3 光电检测器件 光电检测器将光信号转换为电信号，是所有光学系统的核心器件。从简单的光敏电阻 · 48 到单光子探测器，不同类型的光电器件满足了从日常照明控制到量子通信的广泛需求。 硅基光电器件凭借成熟的制造工艺和优异的性能价格比，在可见光和近红外波段占据 主导地位。 5.4 3D 视觉传感 超高清电视、HDR 技术呈现逼真画质。AI 画质增强技术将低分辨率内容提升到高清水 平。环绕声音响系统营造临场感，智能声场调节根据房间声学特性优化音效。投影仪 · 99 提供超大屏幕体验，激光电视兼具画质和护眼。内容推荐算法学习观看历史，推送个 性化内容。多屏互动实现手机、平板、电视的无缝切换。云游戏让家庭成为游戏厅， 无需昂贵的游戏主机，通过云端渲染，普通电视也能玩 3A 大作。5G

在军事领域方面：无人机有着广泛地应用。当前，国内 无人机在军事领域方面正得到大量应用。无人机系统在军事 领域方面有如下几方面的市场应用： (1)目标探测与侦察无人机系统，包括：电子侦察、 光电侦察、雷达探测与成像、多功能侦察等无人机系统； (2)电子战无人机系统，包括：电子对抗无人机、光 电对抗无人机、多功能对抗无人机等系统； (3)无人作战飞机，包括：无人作战飞机、多用途无 人作战飞机等。 起飞巡航过程为： ① 光电吊舱切换到导航模式； ② 无人机起飞； ③ 号手根据预先的航线手动操纵飞行； ④ 光电吊舱通过图传链路将视频传输到地面站。 (3)目标搜索 目标搜索流程设计为： ① 号手观察实时侦察的光电视频； ② 通过地面站操控光电吊舱动作； ③ 地面站操作员对光电视频进行判别，寻找预定目标。 (4)目标锁定 目标锁定流程设计为： ① 号手观察实时侦察的光电视频； ② 号手 证系统在硬件更换和维修过程中能够及时更换，保证系统正 常运行； (5)在系统器件维修和更换过程中，系统停止运行时 间不超过 1 小时。 二 、维修服务 1.保修产品的年限：1 年内保修产品 2.无线报警主机、无线遥控器、无线光电烟感探测器、 无线双元红外探测器、无线信号中继器等主 要设备。 (具体 根据投标项目而定) 3.由厂商提供 1 年以上质保的产品，按厂商提供的保修 年限进行保修服务。 4.所有设备和其他备件一年内实行三包，