四月_AI 光通訊專題｜全光交換OCS(Optical Circuit Switching）在Scale-across 的機會與物理極限
作者：智璞產業趨勢研究所執行副總 林偉智
觀察AI 資料中心網路的演進時，越來越明確感受到一件事：產業正在從「頻寬不夠」的問題，轉向「拓樸與物理極限」的問題。當 AI cluster 從單一資料中心的 scale-up，進一步走向跨資料中心的 scale-across，過去依賴 OEO（optical-electrical-optical）交換所建立的網路架構，開始出現結構性的壓力。延遲不再主要由交換節點數量決定，而是逐漸被跨資料中心的傳播距離與拓樸結構所主導；頻寬也不再只是堆疊更多 switch 就能解決，因為功耗與 SerDes 演進速度已經開始落後於 AI 算力的成長。如同之前OCS的研究，我認為光電路交換（OCS）會被重新拿出來討論，其實不是偶然，而是必然。OCS 的核心價值，在於它提供了一種不同於 packet switching 的思維：不是讓流量在網路中競爭，而是直接給它一條確定的路徑。當 GPU 與 GPU 之間
延續去年的研究，如果從光拓樸的角度來看，這類全光交換架構的本質，其實是將網路拆解成三個彼此正交的資源維度：空間、波長與路徑。
- SDM（Spatial Division Multiplexing）負責空間的切分，讓不同 cluster 可以在多芯光纖或多空間通道中各自運行，避免光纖數量隨規模成長而失控；
- WDM（Wavelength Division Multiplexing）則在單一光纖內切分頻寬，使不同資料流對應到不同波長並行傳輸；
- 而 OCS（Optical Circuit Switching）則負責建立端到端的光路，決定哪些節點之間需要被直接連接。
這三者共同構成一種「先切資源、再連路徑」的網路模型：流量不再共享一個充滿競爭的交換平面，而是被預先映射到特定的空間與波長，再透過 OCS 組合成專屬的光路，如下圖一。這種轉變，等於把網路問題從「壅塞與排隊管理」，轉換成「資源配置與路徑規劃」。
圖一
Source. AI製圖；智璞產業趨勢研究所
然而進一步往下看時就會發現這條路並沒有想像中那麼「必要」。首先遇到的問題是光訊號本身的物理限制。當光訊號在不同群組之間多次切換時，會經過多個光學元件與放大器，使雜訊逐步累積並放大。這種劣化並非線性，而是在經過一定次數後迅速惡化，最終影響訊號可辨識性。因此系統在設計上必須限制光路徑的切換次數，實際可用的連接方式遠少於理論上的 full-mesh[全互連，每一個節點都可以直接連到所有其他節點]，更接近一種受約束的近似拓樸。再往下看，功率預算與光放大器的能力，也會很快浮現為瓶頸。當距離拉長，或是路徑經過更多元件時，光訊號的衰減必須靠 EDFA 等設備補償，但這些設備本身帶來成本、功耗與維運複雜度。當系統從實驗室走向資料中心規模時，這些問題不再只是工程細節，而會直接影響整體架構是否可落地。這也讓我想到，OCS 並不是一個「更簡單」的網路，而可能只是把複雜度從電光層轉移到光層的架構。
另一個更深一層的問題，是延遲與距離的關係。即便使用光直連，訊號傳播的物理時間仍然存在，RDMA(遠端存處) 延遲會隨距離線性增加，進而導致網路裡同時在跑的資料變多了。這會讓網路在某些時刻承受更大的壓力，甚至提高壅塞與資料損失之風險。為了解決這個問題，一種常見的做法是將每一個重要流量對應到專屬的波長，避免競爭。但這其實等於用資源去換穩定性：你不再需要處理塞車與干擾，但你需要更多波長、更多光模組、甚至更多光纖。因此目前的研究認為：OCS 的價值並不在於取代既有的 OEO 架構，而是在特定條件下，提供一種更有效率的「旁路」。它適合用在那些流量模式穩定、需求可預測、且對延遲極為敏感的場景，例如跨兩個資料中心之間的 GPU 訓練流量。但一旦進入多租戶、動態變化、或需要高度彈性的網路環境，packet switching 仍然是不可或缺的。這也意味著，未來的 AI 網路不會走向全光化，而是走向一種混合架構：部分流量走 OCS，追求確定性與低延遲；其餘大部分流量仍然依賴 OEO，提供彈性與通用性。
從產業的角度來看，我認為真正的機會並不在於單一技術突破，而是在於整個系統需求的結構性擴張。當我們選擇用「一條流量對應一個波長」來換取穩定性時，實際上是在放大對光資源的需求，包括波長數量、光模組密度、以及光纖容量。同時，為了支撐這些光路徑，WSS(Wavelength Selective Switch, 波長選擇開關)相干光模組、光放大器等元件的重要性也會同步上升。更關鍵的是，控制平面與調度系統必須能夠理解並管理這些光資源，否則再好的光層能力也無法被有效利用。總結來說，我會把 OCS 視為 AI 網路演進中的一個重要拼圖，而不是終局答案。它解決了部分問題，但同時引入新的限制與成本。真正的趨勢，是整個網路從單一技術主導，走向多層次協同的架構。在這個過程中，光通訊的角色會越來越核心，但它的價值，不在於「取代一切」，而在於「讓整個系統能夠繼續擴張」。
