电子行业AI系列：光是通信的必由之路，OCS已成功应用-240312-中泰证券-34页_2mb

报告摘要

AI系列：光是通信的必由之路，OCS已成功应用

核心内容概述

随着人工智能技术的快速发展，谷歌持续迭代其大模型，从2023年12月推出Gemini 1.0到2024年2月推出Gemma开源模型，谷歌在多模态模型领域取得了显著进展。为了支持大模型训练所需的强大算力，谷歌引入了OCS（Optical Circuit Switch，光交换机）以提升计算集群的性能、降低功耗和延迟。OCS技术在AI超算集群中发挥重要作用，成为光连接产业链中的关键环节。

主要观点

谷歌大模型的快速迭代
- 2023年12月推出Gemini 1.0，其中Ultra版本性能可对标GPT-4。
- 2024年2月推出Gemini 1.5 Pro，提升长语境处理能力，支持多种媒体数据处理。
- 2024年2月推出Gemma开源模型，展示更高的效率与轻量化设计，允许商业使用。
OCS光交换机的引入
- 谷歌自研TPU（如TPUv4、TPUv5e、TPUv5p）性能不及英伟达H100，因此引入OCS光交换机以提升计算集群效率。
- OCS光交换机相比传统电交换机，具有更低功耗、更低延迟和更长使用寿命的优势。
光连接的重要性
- 随着AI对算力和数据传输速度的需求增加，光连接成为高速传输的必由之路。
- 从电信市场到数通市场，光连接技术不断升级，速率要求逐步提升，从400G到800G甚至1.6T。
OCS产业链受益
- 光交换机产业链中的多个核心组件供应商，如MEMS阵列、光模块、光学器件等，均将受益于谷歌对OCS的采用。
- 光连接产业链涵盖光芯片、光器件、光模块、光纤光缆等多个环节，具有广泛的应用前景。

关键信息

谷歌TPU与OCS光交换机的演进

版本	发布时间	峰值算力 (BF16, TFLOPS)	峰值算力 (INT8, TOPS)	HBM内存 (GB)	HBM内存带宽 (GB/S)	集群芯片数
TPUv4	2021年	275	-	32	1200	4096
TPUv5e	2023年	197	394	16	820	256
TPUv5p	2023年	459	918	95	2765	8960

OCS光交换机产业链相关标的

类别	标的	说明
MEMS阵列代工	赛微电子	与谷歌合作，完成MEMS-OCS的商业化规模量产
光模块	中际旭创	提供高速光模块产品
光源	光迅科技、长光华芯、纵慧芯光	供应850nm光源及硅光芯片
铜缆	长芯盛（博创科技收购）	用于机架内部互联
连接器	太辰光	提供光连接器产品
环形器/波分复用器	腾景科技	提供相关光学器件
光芯片	源杰科技、仕佳光子、长光华芯	供应高速光芯片
光器件	天孚通信、腾景科技、太辰光、光库科技	提供光器件产品
光模块	中际旭创、新易盛、光迅科技、博创科技、联特科技、华工科技、立讯精密	提供光模块产品
光纤光缆	长飞光纤、亨通光电、中天科技、烽火通信	供应光纤和光缆产品

OCS产业链核心技术与成本

MEMS阵列：每个交换机包含两个陶瓷封装的MEMS阵列，共176个芯粒，用于精确调节光链路的折射方向。
光模块：每个光模块集成环形器，用于实现双向通信，光模块成本约为4000美元。
光源：850nm VCSEL光源由Lumentum和Finisar供应，国内供应商包括光迅科技、长光华芯、纵慧芯光。
光纤和连接器：每个交换机配备256个光纤和连接器，光纤成本约18美元，连接器约2美元。
光模块用量：每个交换机需要128个端口，TPU数量与端口数量之比为1:1.5。

光连接技术的应用场景

层级	技术	传输速率	应用
数据中心之间	400G ZR	400G	光模块
核心层和主干层之间	800GLR8	800G	光模块
主干层和叶交换机之间	800G DR8/FR8	800G	光模块
叶交换机和服务器之间	800G SR8	800G	光模块
服务器之间	400G	400G	光接口芯片（OIO）