谷歌光模块

事件：谷歌发布TPUV5p，相比TPU v5e和TPU v4性能大幅提升（FLOPS超过2倍，内存HBM增加了3倍），尤其是OCS网络架构受到热议，大家解读差异性很大，我们根据论文以及产业实际交流，客观、详细解析如下：

1、TPU是谷歌战略推动的自研产品，是否主流还需观察

- TPU集群是谷歌为降本做出的自研选择。以TPUv4 4096集群为例，其特点是相对同样数量的集群IB 3层网络架构下，IB网络需要568个 QM8790 40port交换机，每个单价预计为1.5-1.8w美金；而TPU集群仅需要48个 128端口（一共136端口，8个测试端口）的OCS交换机。因此可以降低光学部分的成本。

- TPUv4为例，单卡大概数千美金，即使对标A100也更为便宜，而且交换机和光模块部分还可以节省，因此对于谷歌来说该系统是一个性价比较高的系统。即使TPUv5价格更高些，也比H100要便宜。

- 3D Torus相较Clos网络具备更低延迟，对于密集I/O的并行任务特别有用；同时具备更好的临近域，因为大量的workload只是在相邻的局部区域流动；此外具有更低的网络直径，对于同样数量的节点，3D Torus使用的交换机/线材保有量更低，网络层次更少。同时可以重配路由，支持动态可重配路由，无需等待整个网络收敛，该特性容易隔离下线故障节点。

2、影响一：光模块比例与预期无差异，更应该关注连接的绝对数量

- TPU-V5P对应800G光模块。在3D-Torus架构下，每个TPUV5p芯片拥有6个ICI互联，而v5p ICI PER CHIP总带宽为4800Gb/s，即单ICI互联端口速率为800Gb/s。

- 类比TPUV4，我们预计TPUv5p对应800G光模块数量大致为1:1.5-1:2，这是今年早些时候谷歌发布市场已知信息，这个比例后续有上调空间。TPU集群的连接逻辑如下：1）同一个Rack（64颗芯片，16个Package/Tray）内部互联是采用铜缆；2）不同Rack的Package/Tray互联采用光模块，通过OCS进行互联（通过OCS的必然是光模块）；3）考虑每个Rack外部互联的个数，匹配上OCS的端口数，一个Rack外部连接有96 Optical Link，一共有64个Rack，对应64*96=6144个，最后比例为4096:6144=1:1.5。以上为TPUv4 4096个芯片的情况，如果是TPUv5p 8960个芯片也将是同比例缩放。但由于800G电缆目前极少，很可能电缆互联的部分也会换成800G光模块，因此具备上调空间（实际部署可能1:2或以上）。

- 我们认为谷歌用较低成本的AI芯片方案，由于AI芯片较为便宜，组网量可以非常巨大，绝对数量上会带动更多光模块需求，因此也对应2024年G产生的大量800G需求。该业务主要通过博通Custom ASIC业务在台积电流片，该业务博通FY24指引非常积极，我们预计G下单量未来可以持续超预期。

3、影响二：尝试找出OCS（Optical Circuit Switch）相应的产业链

- OCS很早便应用在谷歌Jupiter数据中心中，主要特点是无需光电转换（因此OCS上没有光模块），其特点是可以快速扩容不同速率的spine block，因此每一轮速率升级G都是最先出现需求，是因为OCS使得不同速率的Spine Block和Aggregation Block可以互相兼容。为此G客户需求常为500m-2km的波分光模块(FR系列等）。

- OCS光交换系统主要组成部件有MEMS振镜，850nm光源，摄像头模组，2D透镜阵列，环形器（光模块侧，减少光纤用），波分光模块，滤波片。映射到国内主要有光迅科技（MEMS光开关，具备MEMS能力）、腾景科技（滤波片）等，但需要注意的是目前仅仅是映射，还不存在供应关系。

- 国内厂商具备光交换背板能力的厂商有太辰光（数据中心连芯），德科立（骨干网OXC较好节点光背板）。值得注意的是，此处的光交换背板是固定走向的，与谷歌的OCS可以通过MEMS动态调整出入光路并不相同。

【Gemini算力光模会议纪要】

- 谷歌面临的情况及对板块的影响：

· 谷歌正面临一些情况，对光模块行业有核心影响；

· 今年上半年，光模块围绕谷歌和微软的全面奥运布局展开；

· 谷歌在浏览器和安卓系统方面取得了重大胜利，这对系统厂商和手机厂商都有重要影响；

· 谷歌的整体能力很强，能解读多模态的复杂场景，对相关产业有利好影响；

· 谷歌的研发投入超过了OPPO，这将加剧海外巨头之间的竞争；

· 谷歌产业链中受益的标的包括中继续创、太晨光、博创科技和腾景科技。

- 中际旭创：

· 是谷歌数据中心光模块的核心供应商；

· 受益于谷歌的云基础设施投入。

- 太辰光：

· 客户主要来自谷歌，开始在谷歌进行布局；

· 受益于谷歌的数据中心光模块需求。

- 博创科技：

· 收购了长兴盛，成为谷歌数据中心的核心供应商；

· 有望受益于谷歌的光交换机需求。

- 腾景科技：

· 通过鲁门村供应到微软，也涉足光交换机领域。

- AOL：

· 1.6T产品进展加快，有望提前实现商用；

· 得到谷歌客户的认可，有望获得更多订单。

来源：调研纪要