湖南大学&中国联通研究院&北邮：2025智算中心光电协同交换网络全栈技术白皮书（53页）.pdf

1、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智算中心光电协同交换网络全栈技术白皮书全栈技术白皮书编写说明编写说明编写单位：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：编写人员：湖南大学：湖南大学：陈果、梁帮博、陈禹澎、刘璇中国联通研究院：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：中国联通软件研究院：杨迪、李张体、张承琪、王宇、马煜北京邮电大学：北京邮电大学：邢颖、林雪燕上海交通大学：上海交通大学：赵世振前言前言人工智能正以前所未有

2、的速度重塑人类生产与生活方式。以大语言模型、多模态模型为代表的新一代 AI 应用，持续突破计算与通信的极限，推动智算中心从计算、存储到网络的全栈架构深度演进。在这一浪潮中，智算中心不仅是国家科技战略的核心支撑，更是产业智能化升级的关键基础设施。随着 AI 模型参数量呈指数级增长，尤其是在大规模分布式并行训练场景下，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

3、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性能，还为网络的灵活重构、智能调度与按需适配提供了技术空间。全球领先的产业与科研力量均已在此领域展开探索，并在部分应用场景实现试点部署。然而，要实现光电协同网络在智算中心的规模化落地，仍需跨越多重技术关卡。从应用层集合通信模式与动态拓扑的适配，到传输层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

4、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、链路层与物理层的关键挑战与发展路径；提出面向未来的技术演进方向与标准化路线建议。我们期望本白皮书能为智算中心网络领域的研究人员、设备制造商、运营商与服务提供商，提供系统的参考框架与技术洞察，共同推动构建超大规模、超大带宽、超低时延、超高可靠的新一代智算中心网络基础设施。本白皮书的编制工作得到了国家自然科学基金项目（编号：U24B20150）的支持，在此表示感谢。目录目录前言.31.智算中心发展与光电协同交换网络兴起.71.1 国家政策发展.71.

5、2 智算中心发展.81.3 光电协同交换网络的兴起.111.3.1 电交换的技术瓶颈与发展困境.121.3.2 光交换的性能优势与发展趋势.152.智算中心光电协同交换网络面临挑战.202.1 应用层：集合通信与网络拓扑的失配挑战.212.2 传输层：复杂功能的协议设计与流量调度挑战.212.3 网络层：路由收敛滞后挑战.232.4 链路层：非对称资源动态分配挑战.242.5 物理层：信号衰减挑战与时延约束挑战.253.智算中心光电协同交换网络协议栈技术发展.263.1 应用层：面向光电网络的集合通信重构协议.273.1.1 预测通信模式，为重配置提供需求启示.283.1.2 拓扑有感知的动态

6、集合通信重构.293.2 传输层：面向光电网络的高性能传输协议.313.2.1 灵活的多路径传输机制.323.2.2 双状态拥塞控制机制.333.2.3 错峰出行智算流量调度方案.353.3 网络层：面向光电网络的智能路由控制.363.3.1 路由协议的光电优化方向.373.3.2 面向光电拓扑的预计算优化与双模路由表设计.383.4 链路层：面向光电网络的智能双工重构.393.4.1 上下行非对称带宽的链路利用.403.4.2 智能预测与链路池化资源管理策略.413.5 物理层：分布式光交换与物理层优化.454.总结与展望.464.1 光电协同交换网络的标准化路径.474.2 面向未来的研究