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： 练场景下，网络性能已成为制约智算中心整体效率的关键瓶颈。当前 普遍部署的纯电交换网络在互联规模、带宽密度、端到端时延与能效 比等方面逐渐逼近物理与经济的上限：算力芯片的通信需求远超传统 网络承载能力，高功耗、高成本和复杂布线问题愈发突出。 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 协议机制与流量调度优化；从路由层控制平面的可扩展性，到链路层 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

......9 2.3 光交换.................................................................................9 2.3.1 光线路交换.............................................................9 2.3.2 光分组交换.............. .............................................11 2.3.3 光突发交换...........................................................12 3. 智算场景下光互连技术的应用研究........................................ 13 3.1 LPO 在 AIGC AIGC 算力网络中的应用..................................... 13 3.2 CPO 交换机在智算场景下的应用................................... 14 3.3 OCS 在 AI 集群参数面的应用......................................... 15 3.4 光互连技术在 GPU 超节点的应用.

................................................................................... 12 5.1.1 大规模组网交换机：硬件基础，容量速率双升..............................................12 5.1.2 大规模组网路由协议：可扩展快速部署，组播能力提供...... 步过程；数据快递场景包括数 据灾备、大规模科学数据传递等。以上都需要广域网具备高性能海量数据传输的能力。 综上，面对大规模AI/HPC的计算、存储和通信需求，不仅数据中心内部的大规模密集 数据交换需要高性能网络的支撑，还需要网络能够高效地连接多个数据中心或站点，实现跨 地域的AI/HPC业务的高效协同。 本白皮书从面向智算业务的高性能网络需求和技术挑战出发，分析高性能网络技术发展 现状 要求，都需要放到支持超大规模网络的框架下重新考量。 支持超大规模组网的主要挑战包括： 1）交换机接入容量的限制 服务器GPU网卡数量和接口速率在逐渐增加，呈现每两年翻倍的趋势，当前规模商用 的GPU服务器网卡接口达到8*400G，支持800G的GPU服务器也已推出，为了满足接入需 求，减少设备数量，对单交换机容量提出了越来越高的需求，而单交换芯片的容量提升节奏， 明显落后于IO总线的发展，并且存在物理上限。

引擎技术路线搭建XX学院信息化云平台，自主可控，使 用Nova模块进行计算虚拟化管理，用Glance模块进行虚拟机镜像管理，用Neutron进行虚拟化 网络管理，用OpenVswitch提供虚拟交换机功能，使用Cinder进行存储管理，使用Keystone进 行认证管理。通过Nova模块，通过virt-manager管理KVM虚拟机。 第 9 页 共 157 页 云平台总体架构如图 本 NAS和SAN等架构的存储解决方案，全面支持SCSI、FC，iSCSI，NFS、CIFS等存储协议，对外可 提供块存储、文件存储和对象存储服务。网络资源池是对网络设备的虚拟化，可对外提供虚拟 交换机、弹性负载均衡和虚拟路由器。这些虚拟化设备通过开放的基于OpenStack的云平台管 理平台进行管理调度，对外提供计算（NOVA）、网络(NEUTRON)和存储（Cinder）服务，打造 新型的基础设施资源。 建双活云服务节点，在鲁南云数据中心构建同城灾备中心，通过数据同步及数据备份技术手段 实现应用高可用和同城灾备。 第 11 页 共 157 页 云服务平台的资源池分别通过双光纤链路汇聚到云统一网络出口后，分别接入核心交换机 的教育网VLAN和互联网VLAN，在出口配置汇聚和网络安全设备，统一完成出口的安全管控。 2.1.4.1 平台总体架构 本项目中枣庄联通将按照相关标准和规范体系建设XX学院云平台，通过提供云服务方式构

............37 三、量子互联网分组交换技术.............................................................. 42 3.1 基于量子封装网络的分组交换方案....................................... 42 3.2 经典帧辅助的混合分组交换方案.......................              0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 CNOT . 两比特的量子门还有控制 Z 门、控制相位门和交换门。在量子计算中， 通常会用量子线路的形式来表达门操作序列。图 4 所示为几个单量子 比特门和两量子比特 CNOT 门的量子线路表示。 图 4. 量子门操作线路图。（a）泡利 X 门，也称为比特翻转操作。（b）  和 y  。 图 6. 量子隐形传态。ψ为需要从载体 1 传送到载体 3 的量子态。 量子隐形传态在量子通信和计算中有很多重要的应用。除了可以 直接传递未知量子态，还有一个重要应用是纠缠交换。如果粒子 1 和 另外一个粒子 4 处于纠缠态，那么通过隐形传态，也就是对粒子 1 和 2 做 Bell 态测量，可以实现粒子 3 和 4 之间的纠缠。该操作通常被应 用于量子中继中扩展量子信道。

.................................................................... 92 4.2.5 Quidway S9700 大容量绿色交换机 ................................................................................................. .. 99 4.2.6.1 Quidway® S9700 核心交换机选型及介绍 .......................................................................................... 99 4.2.6.2 Quidway® S5700 百兆接入交换机选型及介绍 .......................... 控制，节能控制包含灯光调节、根据实 际进行开关灯，以达到节能的目标。 监测对像：物流园区内的路灯，照明灯，景观灯 监测实现：在路灯控制箱中安装集中控制器，通过 GPRS 与监控中心进行数据交换，在路灯杆 中安装单灯控制器，通过电力通信模块或无线与集中控制器通信。 实现功能：  开关控制：任一盏、一路或某自定义组路灯的开关  调光控制：任一盏、一路或某自定义组路灯的调光

......................................................................................... 27 4.3 交换节点 ................................................................................................ 给出了基于 Vera Rubin 和 Vera Rubin Ultra 芯片，代号 Kyber 的整机柜服务器架构。Kyber 架构尺寸与 OCP 标准机柜一 致，但将原来的正前方横插的计算板和交换板，改成前后分别竖插模式，引入 Midplane 替 代 GB200 NVL72 的 Cable Tray，极大减少机柜里的线缆长度。根据规划，Kyber 单机柜 中将放置 144 个 R 系列 12 柜部署兼容。 如图 3-3 所示，AI 整机柜硬件逻辑上分为计算系统、交换系统、机柜管理系统，各硬 件系统之间既相互独立又相互依存。每个 AI 节点对外提供独立的业务平面和设备管理平面， 业务平面通过业务交换模块组成整体业务转发系统，设备管理平面通过带外管理交换模块组 成 AI 节点整体 BMC 管理系统。同时，支持单独的机柜管理模块，实现机柜级部件的管理。

件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GB/T 20271 信息安全技术信息系统通用安全技术要求 GB/T 21062.3 政务信息资源交换体系 第3部分：数据接口规范 GB/T 21062.4 政务信息资源交换体系 第4部分：技术管理要求 GB/T 29245 信息安全技术政府部门信息安全管理基本要求 GB/T 34678 智慧城市技术参考模型 3 术语和定义 养老公众用户主要包括老年人、家属、社会大众等； 注2：技术要素是支撑智慧养老建设过程中各项功能所需要的技术要素，分为横向、纵向要素。横向要素包括物联 感知、网络通信、计算与存储、数据与服务、智慧养老应用；纵向要素包括资源交换、运维管控、安全保障； 注3：建设周期主要包括规划阶段、建设阶段、验收阶段和运营阶段。 6 智慧社区居家养老系统架构 总则 智慧养老建设中的技术要素以 ICT、安全等技术为视角，建立横向五层体系、纵向三项支撑体系， 养老数据层设计 7.3.1 数据共享与交换 智慧社区居家养老服务信息平台政府监管机构和社区及第三方机构的数据共享与交换。资源交换的 机构数据包括但不限于各级民政、卫计、公安、人社、残联、财政等系统数据。智慧养老共享交换方式 如图3所示。所有居家养老服务的数据以API的形式依托养老数据层提供标准的数据接口服务。 图3 数据共享交换方式 7.3.2 数据与服务融合层 数

传输网络系统现状 目前阜南县视频监控传输网络，前端采集单元采用运营商 GPON 网络进行传输，前端汇聚至运营商机房后通过运营商网络上行至县局， 县局在视频专网部署 2 台核心交换机（租赁运营商，平安城市和平安 乡镇工程各租赁 1 台核心交换机），两台核心已经通过万兆光纤互通， 向下负责汇聚所辖区内现有前端，同时为分局平台服务器及存储等设 备的接入，视频解码分配上墙、视频流业务转发等提供网络资源，向 阜南县数字乡村建设项目-乡村公共视频联网工程设计方案 3 上级通过 1 条千兆链路与公安局机房核心设备互联互通；政务外网到 本期工程建设前未建视频传输网络；社会资源整合网已部署两台核心 交换机，由于社会资源整合平台一直未启用，故社会资源整合网络未 启用，本期可以利旧。 存储系统现状 目前阜南县社会治安视频防控系统视频存储采用磁盘阵列存储 构成，统一部署在县公安局机房，容量共计 763T，实现视频资源全 楼机房，截至目前该机房已全部占用，无空 间新增机架；电源方面：现有 1 台容量为 200KVA 的 UPS，目前利用 率已经超 70%，后备电源备电时长不到 1 小时。 安全现状 前期平安乡镇和平安城市均租赁运营商网络（包含核心交换机）， 阜南县数字乡村建设项目-乡村公共视频联网工程设计方案 4 网络安全依赖运营商，县局在视频专网未采取任何安全防护措施。在 视频专网与社会资源整合网、视频专网与政务外网之间未部署安全防

数据资源一体化，归治用一体发挥数据资源汇聚效益.................... 16 （五） 数据服务一体化，构建数据服务总门户聚焦创新应用.................... 18 （六） 共享交换一体化，建设一体化级联贯通共享交换体系.................... 20 （七） 算力设施一体化，数智融合前瞻性打造存算基础底座.................... 21 （八） 标准规范一体化，构建全面规范数据标准化管理体系 ................................................................................... 18 图 7 全国一体化共享交换体系全局视图.............................................................. 20 图 8 技术演进路线示意.............. （二）一体化政务大数据发展政策背景 政务大数据的发展与演进与政府侧的职能变更、管理服务模式变 更及我国信息化发展进程等因素息息相关，可主要概括为政务信息化 建设、共享交换、共享整合和一体化四个主要发展阶段。 从政务信息化建设到共享交换，政府侧在管理模式、技术资源、 数据资源等方面逐步探索并完成经验积累。随着政府职能定位逐步由 行政管理向服务型政府转变，公共服务部门开始依托在线模式提供政 务服