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

.......................................................................................12 2.3.7 数据交换................................................................................................... .....................................................................................24 3.2.4 数据共享交换平台................................................................................................. 大数据中心的建设是为了解决政府部门间信息共享，实现业务部门之间的 数据交换与数据共享，促进 XXX 市电子政务的发展。具体目标如下：建立大数 据中心的系统平台。完成相应的应用软件和数据管理系统建设，实现数据的交 换、保存、更新、共享、备份、分发和存证等功能，并扩展容灾、备份、挖掘 分析等功能。 (一)建立大数据中心的系统平台。完成相应的应用软件和数据管理系统建设， 实现社会保障数据的交换、保存、更新、共享、备份、分发和存证等功能，并

第 4 页 • 超微服务器性价比优于戴尔 / 浪潮；华三 交 换机成本比思科低 40% ；华三 S9850- 32H 交换机最大支持 4096 台高速交互 • 支撑文字 + 图像 + 语音等多模态模型 训 练， PB 级数据（自动驾驶路测、短视 频理 解等 ）参数超 1 万亿 。 • 采用 部院线电影、 50 个游戏场景、 100 个建筑可视化项目 ， 数据量 约 1.2PB ， 4K/8K 批量静帧渲 染 ， 46PFLOPS 算力 • 优先部署 GPU 服务器 + 交换机 ，存储 复 用 政务云 数据中心剩余容量 “ 渲染 + AI” 双盈 利 双机热备 + 冗余网络 超微算力 + 华三 网络 多模态大模型 训练 架构支持弹性 扩展 • 丢包 高速网络交换子系统 通用 CPU 算力子系统 GPU 智算子系统 HPC 超算子系统 全闪存存储子系统 高性能文件存储子系统 典型超算智算中心核心系统单元包含通用计算子系统、智能计算（ AI ）子系统和高性能计算（ HPC ）子系统。 l 超算计算节点和智能计算节点分别通过 IB/RoCE 网络等高速网络交换子系统进行高速互连；

 统一性原则：按照医院的业务发展规划，在网络中将存在多种不同的业务， 如话音，图像，IP 数据流等。这些业务的接入方式及在网络上的传输方式 各不相同。因此，最理想的组网方式应是建立一个统一的交换平台，能支 持多种不同业务。这样能大大的减少网络的连接复杂度，人员培训的难度， 以及网络管理的压力，并提高网络的可靠性，简而言之，就是在建网的过 程中利用尽可能少的网络设备提供尽可能多的网络业务，努力避免在一个 本节主要包括核心交换机、汇聚交换机、楼层接入交换机相关技术介绍。 网络系统相关技术 以太网交换机技术发展趋势 近几年来，随着企业数据通信业务以及相关的融合业务的迅猛发展，以太 网交换机作为不可或缺的关键设备不仅在数量上获得了极大的提高，而且在质 量、性能等方面不断完善。企业的信息应用正在全面走向宽带化和融合化，在 这一背景下，传统的实现简单连接和数据传输功能的以太网交换机已成为过去， 纵观当前整个发展势，我们发现以太网交换机正朝着高速化、智能化的方向前 进。 首先，速度是我们衡量网络性能的一个重要标准，从而也就成为以太网交 换机等设备发展的一个重要方向。从最初的百兆到千兆再到万兆，以太网不断 满足着人们快速增长的需求，给人们带来超乎寻常的体验。目前，人们对带宽 的要求正在迅速提高，如迅猛发展的存储网络必需的海量数据传输通道;大量高 带宽汇聚的城域网络;不断丰富的宽

......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.

卫生 局 社保 局 交换机 广域网优 化 下一代防火墙 （基础级） 交换机 检测探针 下一代防火墙 （基础级） 交换机 下一代防火墙 （基础级） 交换机 门诊区 行政区 住院区 药房区 上网行 为管理 下一代防火 墙 （基础级） 交换机 检测探针 交换机 下一代防火墙 检测探针 （增强级） 下一代防火墙 （增强级） 交换机 数据库审计 IaaS 通信网络——网络架构及通信传输 区域边界——访问控制及检测防护 计算环境——入侵防范及数据安全 管理中心——集中管控及安全审计 “ 云安全服务平台（等保场景）”创新方案 出口网络 / 安全设备 于安全服务平台 核心交换 安全运营服务 安全运营服务 安全运营服务 下一代防火墙 上网行为管理 数据库审计 下一代防火墙 日志审计系统 杀毒软件 下一代防火墙 上网行为管理 广域网优化 负载均衡 日志审计系统 漏扫 网络防病毒 防火墙（利旧） 汇聚交换机 办公终端、 AP 办 公 区 业 务 区 运 维 区 核 心 区 亏 联 网 区 负载 均衡 下一代 防火墙 上网行 为管理 负载 均衡 下一代 防火墙 上网行 为管理 探针 下一代防火墙 探针 EDR 应用服务器 数据库服务器 核心 交换 机 核心 交换 机 下一代 防火墙 网页防篡 改（利旧） DMZ

算中心间跨区域网络的高速发展建设。未来五年，全球及中国智算中心以太网交换机将以36% CAGR持续快 速增长, 全球交换机发货量从15.6百万端口爆发增长至114.9百万端口，中国AI以太网交换机占比全球总量三 分之一（图1-3）。预计2025年中国智算中心总规模1356亿元，网络设备市场约475亿元，其中，800Gbps 端口高速增长，白盒交换机占比持续上升，主流互联网公司大量采用白盒交换机降低网络建设成本（图1-4）。 图1-2 中国算力规模 图1-3 智算中心市场结构和智算中心交换机市场 图1-4 智算中心800G端口和白盒交换机市场 近期，DeepSeek的出现显著提升了算法效率，其开源免费策略使中小企业和个人开发者可获取高性能 模型，极大降低AI应用门槛。在制造、医疗、金融等领域，深度学习驱动的预测性维护、医学影像分析、量 化交易等应用，显著提升行业效率。在物流路径规划、电网调度等场景中，深度强化学习可实时响应环境变 算中心节点规模越来越大，对网络性能（吞吐和时延）要求越来越高，其发展趋势是从scale up到scale out，直至scale outside。出于成本的考量，800Gbps及以上速率白盒交换机将在智算中心网络中占据更 重要的地位。 随着人工智能技术的飞速发展，特别是大模型参数万亿/十万亿级的突破以及大模型应用逐渐在社会、生产、 生活中的广泛深入，智算/超算中心作为支撑大模型训练和

信息技术明确的列为支持医改成功实现的八个主要支柱之一，这是从未有过的事情,我国医 疗卫生信息化面临从未有过的机遇与挑战。方案还明确要求启动建立居民健康档案和电子 病历，实现医疗信息的整合、共享和交换，以缓解医疗信息化发展的不平衡，系统分割独 立、连续性和协调性差,业务流程不统一等问题。 医疗行业信息化正在走向如何利用信息化技术减少医疗差错,如何利用信息化技术进行 医疗服务的创新,如何将分 要求配置一台专门的高端核心交 换机／数据中心交换机,且双万兆链路与核心互联。 （4）网络出口设计需要考虑四条出口,一是社保局的Ｖ PN 出口，二是医保Ｖ PN 出口,三是 银行机构Ｖ PN 出口、四是干保 VPN 出口,且各条Ｖ P Ｎ出口均是独立的电信或者联通线路。 出口设计要求安全、可控。 2.3 网络拓扑图 网络设计依照“万兆核心、千兆支干、千兆交换桌面”的要求采用三层结构，重要部分 双链路冗余 双链路冗余,双设备冗余，核心层采用两台 RG-Ｓ 86 １０系列交换机，门诊大楼汇聚层采 用两台 R Ｇ-Ｓ 6 ５ 06 系列交换机,门诊大楼各层接入层采用 R Ｇ－S ２ 90 ０系列可堆叠交 换机,在数据中心部分采用两台 RG-S ５ 750 系列交换机,除接入层到终端使用千兆以太网链 路外，其他全部使用万兆光纤链路。除接入层到终端不进行冗余外,其他部分均有冗余。汇 聚层、核心层互联均使用双万兆光纤聚合

创新科研协作模式，科学研究不再是个人单打独斗的行为，也不是 简单的工作叠加，而是团队合作创新的过程。通过协作平台，为科 研协助支持、业务管理等方面创造条件，科研人员的科研成果得到 有效共享与交换，势必促进科研人员的科研水平及其工作效率的提 升。 1.2.3 智慧型管理服务 智慧校园提供智能高效的校务管理，包括数字迎新、学生管理、教 务管理、协同办公、人事管理、财务管理、资产管理、智能监控等  汇聚层 汇聚层将众多的接入设备和大量用户经过一次汇聚后再接入到核心 层，扩展核心层接入用户的数量。  接入层 负责将各种终端接入到校园网络，通常由以太网交换机组成。对于 某些终端，可能还要增加特定的接入设备，例如无线接入的 AP 设备。  终端应用层 包含校园网内的各种终端设备，例如 PC、笔记本电脑、打印机、传 真、手机、摄像头等等。 核心层部署校园的核心设备，连接所有的汇聚交换机，转发各个教 学楼或学生宿舍之间的流量。 核心层需要采用全连接结构，保持核心层设备的配置尽量简单，并 且和校园网的具体业务无关。核心层设备需要具有高带宽、高转发 性能，否则将无法支撑企业内外部的业务流量。 如图所示，核心层交换机通常使用 CSS（Cluster Switch System） 技术，将两台交换机从逻辑上整合成一台交换机。同时可在堆叠后 的系统上划分

.................................................................................8 2.1.1. 设备级光互连：光交换机的演进与应用............................................................... 9 2.1.2. 设备级光互连：可插拔光模块的演进与应用 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) 差异，业界 衍生出许多技术范畴，我们将其主要分为两大类：设备级光互连和芯 片级光互联。 如下图所示，在未来十万卡级以上的智算中心集群设计中，设备 级光互连主要有两大技术，一是以光交换技术为主，主要应用于交换 设备间网络连接中，提供超高端口密度、极高速率（无带宽瓶颈）、 连接距离从米级到百公里级；二是以可插拔光模块技术为主，主要应 用于超节点设备间网络连接中，提供较高速率、千卡及以上规模、公