Ciena：超大规模AI集群开放互联架构与光网络技术演进

一、AI集群互联的共性挑战与分层架构

当前超大规模厂商基于自身业务特性选择差异化技术路线，不同厂商在节点速率迭代节奏、业务时延敏感度上存在显著差异，但均面临四大核心互联挑战：一是高速率下铜缆传输距离持续缩短，无法覆盖AI集群的典型连接需求；二是传统面板侧可插拔方案端口密度不足，难以匹配百T级交换芯片的带宽需求，50Tbps容量对应1RU机架功耗约1.3kW，100Tbps对应2RU机架功耗约2.4kW，空间与功耗压力同步攀升；三是互联功耗占比居高不下，50Tbps容量下光模块功耗占比可达65%，100Tbps下仍达56%，算力集群的功耗压力持续向互联侧传导；四是AI训练对无损连接的要求从机架内向长距离跨域场景延伸，对网络确定性提出了更高要求。

针对这一现状，行业形成了三级扩展的互联架构体系，不同层级对应不同的技术选型与优化目标：Scale Up聚焦机架内与机框级短距互联，核心目标是在高速率下延长传输距离、降低延迟；Scale Out聚焦数据中心园区内的机架间互联，核心目标是提升端口密度、降低互联功耗；Scale Across聚焦跨园区乃至跨区域的长距互联，核心目标是实现超大容量、高可靠的无损光传输底座。

二、Scale Up：后DAC时代的机架内低延迟互联

随着单通道速率向200G、400G演进，无源铜缆（DAC）的传输距离大幅衰减，200G速率下DAC有效传输距离仅约1.3米，而AI训练集群普遍存在3米以上的连接需求，无源铜缆的高可靠、低成本优势无法覆盖场景，机架内互联进入后DAC时代。行业传统遵循“能用电则用电，必须用才用光”的机架内互联原则，而随着速率提升铜缆距离瓶颈加剧，机架内引入光互联已成为行业共识，线性可插拔光模块、共封装光学等方案均在探索中。

现阶段有源线缆是破解距离瓶颈的主流方案，形成了有源电电缆（AEC）与有源铜缆（ACC）两条技术路线。AEC支持5米以上传输距离，单端功耗达15W，链路附加延迟约35ns，技术复杂度高且成本高昂，方案多为厂商专属定制；ACC通过线性重驱动技术增强信号，传输距离可达4米，单端功耗仅2.5W，无额外链路延迟，技术复杂度低、成本优势显著，且基于开放MSA标准实现多厂商兼容。Ciena推出的Nitro 200线性重驱动方案属于零接触ACC，完全兼容现有DAC端口，无需额外调谐配置即可即插即用，大幅降低部署与运维的集成复杂度。

在底层技术路线上，系统是否保留铜缆支持决定了SerDes与架构的选型方向：若系统需兼容铜缆，则需采用高速SerDes驱动铜缆链路，配合波分复用的宽低速光模块；若系统完全脱离铜缆依赖，则可通过UCIe等Chiplet互联协议实现芯片级集成，适配全光互联架构，这也是OCI-MSA的核心技术方向。

三、Scale Out：数据中心内的高密度低功耗演进

数据中心园区内的Scale Out场景，核心矛盾是百T级交换芯片的带宽需求与面板侧端口密度不足、重定时功耗过高的矛盾，行业技术路径经历三代演进。

第一代是当前主流的重定时可插拔方案：ASIC通过面板侧的重定时光模块实现对外互联，方案供应链成熟，多厂商充分竞争，年交付量可达千万级，但技术上存在明显短板——100T ASIC仅重定时光模块就会额外增加约1kW功耗，且面板空间限制了端口密度上限。

第二代是单厂商集成式共封装光学（CPO）与近封装光学（NPO）方案：将光引擎紧邻ASIC部署，移除链路中的重定时芯片，降低主机侧链路损耗，实现功耗与性能的最优解，但该方案将ASIC与互联单元绑定交付，供应链风险较高，削弱了采购方议价能力，供应渠道相对单一。

第三代是开放生态型共封装方案，以Open CPX MSA为核心标准，通过标准化6.4T光引擎模块与插槽式接口，实现光引擎的可插拔更换。该方案既保留了CPO移除重定时、降低功耗的技术优势，又维持了多厂商供应的开放生态，兼顾性能最优性与供应链安全性。Ciena推出的Vesta 200 6.4T CPX模块即为该标准下的典型产品。除此之外，XPO等新型高密度封装形态也在逐步落地，单模块支持12.8T容量，体积约为6个OSFP模块，容量提升8倍，进一步提升机架空间利用率。

四、Scale Across：分布式AI训练的光网络底座

Scale Across本质是远距离的Scale Out，即跨数据中心园区或区域延伸无损连接，支撑单一大模型的跨域分布式训练，对应的专用光传输网络也被称为“AI WAN”。这一场景下，AI训练首次将无损连接的要求延伸到广域范围，对光网络的容量、延迟、可靠性提出了远超传统数据中心互联的要求。

◆ 场景分类与核心挑战

Scale Across分为两类典型场景：近距跨域与远距跨域。近距跨域覆盖150公里以内的扩展园区场景，无需部署中间光放大站点（ILA），可实现极致的链路容量与最低的超配比，拥塞控制机制相对简单，训练效率最高，但受限于本地的电力、空间资源，算力扩展的地理灵活性不足。

远距跨域覆盖150公里以上的广域分布式场景，可依托更广泛的地理资源获取充足电力与空间，实现算力的全地域多样性，但链路需穿越多个中间光放大站点，技术实现难度更高，拥塞控制机制更为复杂，同步训练模式下需引入检查点机制，整体训练速度相对降低。

从技术挑战来看，Scale Across面临分组层与光层的双重压力：分组层面，长距离下的丢包、抖动与拥塞会显著拖累训练效率，距离越远影响越显著；光层面，需要承载远超常规数据中心互联的总容量，同时保证端到端的低延迟与高可用性。

◆ 多层协同优化与光层的核心价值

为应对跨域训练的性能损耗，行业从三个维度协同优化：一是网络层增强，引入自适应拥塞控制（如UEC CBFC、CSIG等新型机制）、分组裁剪、新型网络负载均衡技术；二是主机侧优化，包括距离自适应速率限制、大容量主机缓存、自适应路由与分组分发、主机侧拥塞控制；三是模型侧调整，通过拓扑感知的集合通信、异步训练等方式降低对网络一致性的依赖。

其中，光层的超大容量是所有上层优化的基础。更大的光层带宽意味着更低的网络超配比、更小的故障影响范围、更少的丢包与更低的抖动，能够直接提升训练性能，同时简化上层拥塞控制与调度协议的设计复杂度。

◆ 相干可插拔技术的代际演进

Scale Across场景的核心承载技术是相干光传输，其中相干可插拔模块凭借功耗、空间效率与多厂商生态优势，成为AI跨域互联的主流选择。

400G相干可插拔已实现大规模量产出货，年交付量达数十万只，400ZR标准直接推动了400G相干技术在数据中心场景的普及。800G ZR+正进入规模部署阶段，通过3nm CMOS工艺、70GHz带宽电光器件、SOA与硅光混合集成等技术，在速率翻倍的同时持续优化功耗；其中具备互操作PCS的800G ZR+支持C波段与L波段变体，单对光纤通过C+L波段可部署64路800G波长，最大化光纤容量。以Ciena WaveLogic 6 Nano 800G ZR+为例，模块具备互操作概率星座整形能力，支持C+L全波段部署；配套的C&L波段专用线路系统针对数据中心机架规格设计，集成拉曼放大扩展传输距离，并具备光保护切换能力保障高可用性，完全匹配近距跨域场景的超大规模需求。

除主流的ZR、ZR+方案外，行业也在探索Coherent-Lite、ZR-等差异化相干方案，适配不同传输距离、成本与功耗需求，覆盖从数十公里到数百公里的跨域场景。下一代1600ZR+可插拔模块已在规划中，将实现单通道200G的主机侧速率，在保持与800G相当频谱效率的前提下，支持千公里级多跨段长距离传输，进一步覆盖远距跨域场景。

◆ 光子线路系统的高密度革新

传统光放大站点单机架仅支持4路光纤对（4 rails），单站点最多承载16路，单机房建设成本高昂且普遍受限于每机架3kW的电力配额，面对AI跨域场景下数千对光纤的带宽需求，传统方案需要新建大量野外放大机房，完全无法匹配AI算力的扩张速度。

以Ciena Hyper-Rail为代表的超轨光子线路系统，通过组件致密化、系统架构重构，实现32倍的密度提升，单机架可支持128路光纤对，同时降低75%的功耗。以20Pbps的AI互联容量为例，传统方案需要22个放大机房，采用Hyper-Rail方案仅需1个机房即可承载，大幅降低建设成本与运维难度，完美适配远距跨域场景的带宽爆发需求。

◆ 部署模式：从逐波长配置到全光纤点亮

当前主流部署模式为逐波长配置，单对光纤需逐一开通对应波长，但面对上百对光纤的规模部署时，开通效率低、运维复杂度高，无法满足AI集群快速上线的需求。

全光谱转发器（FST）成为新的演进方向，该方案可一次性点亮整根光纤的全部频谱，回归灰光加外部转发器的架构，降低对DWDM专业运维能力的依赖，支持标准化的批量复制部署，大幅提升交付速度。结合终端侧、线路侧的Hyper-Rail优化，行业正在形成从转发器到放大站点的全链路标准化、致密化架构，适配超大规模AI跨域集群的快速交付需求。

五、开放MSA生态与产业共识

开放标准与多厂商生态是AI互联技术规模化落地的核心保障，目前行业已形成覆盖三层架构的完整MSA标准体系，均在2026年第一季度集中发布。

Scale Up层面，ACC-MSA推动有源铜缆的标准化与多厂商互通，降低机架内有源互联的落地门槛。

Scale Out层面，Open CPX MSA定义共封装光引擎的标准化接口，实现多厂商光模块的兼容互换；XPO定义高密度可插拔封装形态，适配12.8T级互联需求；OCI-MSA聚焦全光互联下的芯片间通信，推动全光架构的标准化。

Scale Across层面，互操作PCS规范保障800G等相干模块的多厂商互通，支撑开放光线路系统的落地。

Ciena作为ACC-MSA创始成员、Open CPX MSA联合主席与创始成员、OCI-MSA主席与编辑及创始成员，联合AMD、博通、Arista、戴尔、英伟达、微软、Molex等产业链上下游厂商，共同构建开放、多供应商的产业生态，通过标准化降低技术落地成本，保障供应链安全。

整体来看，AI算力的持续扩张正在推动互联技术从机架内向跨区域全栈演进：线性技术通过移除重定时环节，成为数据中心内部互联降本、降功耗、降延迟的核心路径；开放共封装方案兼顾性能与生态，是园区内高密度互联的最优解；相干光技术与光子线路致密化，将高性能光传输深度融入AI集群后端网络，支撑跨域分布式训练的算力扩张。从机架到区域的完整开放架构体系，将成为下一代超大规模AI算力基础设施的核心互联底座。