AI硬件系列报告（一）：OCS光交换机：AI算力集群时代的新蓝海

分析师：陈耀波（S0010523060001）联系人：闫春旭（S0010125060002）华安证券研究所AI硬件系列报告（一）——OCS光交换机：AI算力集群时代的新蓝海证券研究报告2025年12月8日华安证券研究所华安研究• 拓展投资价值2⚫AI大模型训练对通信带宽、时延和功耗要求极高，OCS凭借其高带宽、低延迟特性成为理想互联解决方案。OCS（Optical Circuit Switch，光交换机）是一种基于全光信号的交换设备，通过配置光交换矩阵在输入与输出端口间建立光学路径，实现信号交换。相比传统电交换机，OCS无需光电转换和数据包处理，具备低延迟、低功耗、高可靠性的优势，且支持跨代设备无缝互联，延长硬件使用寿命。OCS主要应用于AI算力集群的三大场景：Scale-Up（单节点性能强化，如谷歌TPUv4集群）、Scale-Out（多节点协同，如谷歌Jupiter架构）和Scale-Across（跨数据中心互联，如英伟达DCI）。我们测算，在谷歌TPU集群中，一个包含4096个TPU v4芯片的集群需配备48台136端口的OCS光交换机，TPU与OCS比例约为85:1；未来TPU v7集群规模扩大至9216芯片时，因采用更高密度的320端口OCS，仍仅需48台，比例提升至192:1，凸显其扩展效率。⚫谷歌等海外厂商引领下，全球OCS光交换机市场有望迎来高速成长期。全球OCS光交换机市场规模将从2020年的0.7亿美元增长至2025年的7.8亿美元，年复合增长率达62%；预计到2031年市场规模将达20.2亿美元，2025–2031年复合增长率约17.2%。目前市场竞争集中，2025年前四大厂商占据约69%份额，谷歌、Coherent等为主要参与者。⚫OCS产业链分为上游核心器件、中游设备集成与下游应用，技术壁垒高，市场参与者多集中于单一环节。上游核心是MEMS微镜阵列等光器件（代表厂商如赛微电子），中游由国际厂商主导设备集成（如Lumentum），国内光库科技等参与代工与方案定制；下游需求则集中于谷歌等巨头的AI数据中心，驱动其在高性能计算中的规模应用。上游核心器件是产业链技术壁垒最高的环节，价值量占比高。⚫建议关注：•英唐智控以电子元器件分销为基础，正向半导体设计与制造逐步拓展。公司2025年拟收购桂林光隆集成，强化OCS全制程布局。英唐智控子公司英唐微技术已具备MEMS微振镜研发与量产能力，产品覆盖4mm、1mm、1.6mm等多种规格，2025年4mm产品已在工业领域实现批量订单。公司拟通过整合光隆集成的光开关、OCS系统等技术打造OCS全制程平台，有望在AI算力集群建设的高速扩展中打开新成长空间。•赛微电子为国内MEMS工艺开发与晶圆制造领军者，掌握硅通孔、晶圆键合等核心工艺，客户覆盖激光雷达、AI计算等领域。2023年起瑞典Silex（原全资子公司）开始量产MEMS-OCS，2025年北京Fab3启动MEMS-OCS小批量试产。公司营收中MEMS业务占比达83%，2024年毛利率提升至35.1%。随着AI算力需求扩张，赛微电子在MEMS微镜阵列等核心部件的工艺优势有望转化为业绩弹性，受益于行业高速增长。⚫风险提示：OCS渗透率不及预期风险，MEMS等光交换技术迭代不及预期风险，市场需求不及预期风险，市场竞争加剧风险，公司收购失败风险，客户验证风险，公司产能爬坡不及预期风险等。核心观点：资料来源：华安证券研究所证券研究报告敬请参阅末页重要声明及评级说明华安证券研究所华安研究• 拓展投资价值31、什么是OCS光交换机？华安证券研究所华安研究• 拓展投资价值4⚫光交换机（Optical Circuit Switch, OCS）指的是基于全光信号的交换机设备，其工作原理是通过配置光交换矩阵，从而在任意输入和输出端口间建立光学路径以实现信号的交换。相较于电交换机，OCS无需光电信号转换和相应的数据包处理过程，可显著降低时延和功耗，系统故障概率也有所降低，且OCS无需进行端口速率的频繁迭代，通过单纯的光路重定向即可实现跨代设备的无缝互联，可大幅提高硬件使用寿命。•电交换机（EPS）就像繁忙的邮局：当数据包（信件）抵达时，邮递员（交换机处理器）需要先读取地址信息（数据包头），再对信件进行分类，最后将其重新纳入邮件流继续传输。这种读取、分类和重定向的过程不仅会造成延迟，还会消耗大量电能。这就是所谓的光-电-光转换。•光电路交换机（OCS）则如同自动化铁路调车场：当列车（光信号）抵达时，系统仅需重新配置物理轨道，即可创建从起点到终点之间的直达且不间断的传输路径，无需开启车厢或读取内容，数据便能沿着专用物理线路以光速传输。这种设计彻底消除了传统光-电-光转换过程中存在的延迟与能耗问题。1.1 什么是光交换机（OCS）？资料来源：观研天下、智研咨询、光算圈、迅石光通讯网、华安证券研究所光电交换与光交换原理示意图华安证券研究所华安研究• 拓展投资价值5⚫AI网络架构分为Scale-Up、Scale-Out、Scale-Across三种。•纵向扩展（Scale-Up）：单节点性能的垂直强化，典型方式为增加柜内GPU数量、提升机柜内存容量/吞吐量等。•横向扩展（Scale-Out）：多节点协同，通过增加同构/异构节点构建分布式集群，典型方式为增加集群内服务器数量。•跨数据中心扩展（Scale-Across）：将地理上分散的多个数据中心互联成更大规模的超级 AI 工厂，使其协同运行单一 AI 任务。1.2 AI大模型持续迭代，Scale-Up/Scale-Out/Scale-Arcoss场景催生OCS需求Scale-Up、Scale-Out与Scale-Across资料来源：AIOT大数据、光隆科技、鲜枣课堂、英伟达开发者、华安证券研究所华安证券研究所华安研究• 拓展投资价值6⚫AI大模型训练需要海量GPU/TPU协同计算，对通信传输带宽、时延、功耗提出了极高要求，而OCS技术凭借其高带宽、低延迟、低功耗的特性，完美适配AI算力集群中Scale-up（例如：谷歌TPUv4集群）、Scale-out（例如：谷歌在Jupiter架构引入OCS替代Spine层）和Scale-across（例如：英伟达DCI跨数据中心互联）对高效、灵活互联的核心需求。1.2 AI大模型持续迭代，Scale-Up/Scale-Out/Scale-Across场景催生OCS需求资料来源：专精特新研习社、光隆科技、智研咨询、华安证券研究所采用OCS的AI集群趋势华安证券研究所华安研究• 拓展投资价值7⚫光交换技术一般可分为MEMS、数字液晶、直接光束偏转 DLBS、硅光波导技术四类。⚫MEMS技术：系统由输入 / 输出光纤准直器阵列（FAU）和 MEMS 微镜阵列构成完整的 N×N 光开关矩阵。工作原理是通过电信号精确控制镜的二维转角度，将输入光信号准导向目标出口。MEMS 微镜采用半导体工艺制造，镜面直径约数百微米，主要采用静电梳齿驱动方式，通过调节偏置电压实现精确的角度控制。这是目前市场上的主流技术，市场份额超过 70%，技术成熟度高，端口扩展能力强，具有性能与成本的均衡性。谷歌和 Lumentum 等厂商均以 MEMS 方案为