湖南大学：2025年智算中心光电协同交换网络全栈技术白皮书
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智算中心光电协同交换网络全栈技术白皮书核心总结
随着人工智能大模型参数量指数级增长，大规模分布式并行训练对网络性能需求激增，当前纯电交换网络在互联规模、带宽密度、时延与能效比等方面逼近物理与经济上限，光电协同交换网络成为新一代智算中心网络重要发展方向。
白皮书首先梳理了智算中心发展背景，我国人工智能产业规模增长迅速，2024年突破7000亿元，大模型训练需万卡级GPU集群支持，对网络通信提出高要求。电交换面临端口密度、带宽、延迟、功耗瓶颈，而光交换具有超大带宽、超低延迟、低功耗等优势，光电协同可整合二者优点，提供TB级带宽。
接着分析了光电协同交换网络面临的全栈挑战。应用层存在集合通信与网络拓扑失配问题；传输层需应对多路径设计、拥塞控制及强潮汐流量调度难题；网络层路由收敛滞后于光链路重配置速度；链路层面临非对称资源动态分配挑战；物理层需解决信号衰减、时延约束等问题。
针对这些挑战，白皮书提出协议栈各层技术发展方案。应用层通过预测通信模式、动态重构集合通信拓扑适配网络；传输层设计灵活多路径机制、双状态拥塞控制及错峰流量调度；网络层优化路由协议，采用预计算与双模路由表提升收敛速度；链路层利用光链路动态性实现智能双工重构，优化带宽分配；物理层探索分布式光交换、硅光技术等提升性能。
最后，白皮书给出标准化路径与未来展望。标准化分三阶段推进，从物理层与链路层，到网络层与传输层，再到应用层逐步完善。未来，光电协同网络将向光子计算与传输融合、AI深度集成方向演进，支撑超大规模AI训练与跨领域应用，推动上游产业升级，成为智能计算基础设施核心支撑。
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