AI networking scale-across and scale-in optical interconnect infrastructure：跨集群AI网络有望带动相干光、空芯光纤和OCS需求大幅增长

概览

本行业报告研究AI基础设施如何突破单一数据中心集群。Nomura认为，将多个数据中心连接为统一算力池的跨集群扩展网络，以及NVIDIA的集群内扩展架构，将提升对先进光网络硬件和相关基础设施的需求。

核心观点

Nomura的核心观点是，参数规模超过万亿的AI训练模型以及快速扩张的推理工作负载，正暴露出单一集群或数据中心内传统纵向扩展和横向扩展架构在电力、散热、土地和网络拓扑上的限制。NVIDIA于2025年提出的跨集群扩展，可将分散在不同地区的数据中心连接为统一的AI算力池，以运行单一任务。这不同于在节点或机架内连接GPU的纵向扩展，或在一个数据中心内增加机柜的横向扩展。报告认为，当AI集群突破单个园区的物理限制时，跨集群扩展将愈发必要。 这一转变对网络的要求高于传统数据中心互连。传统DCI通常以100G-400G支持同步、备份和内容分发，而分布式AI训练需要更高带宽、更低时延、更低丢包率和更高可靠性。Cisco估计，通过跨集群扩展连接1mn XPUs所需带宽约为WAN/DCI网络的14倍。Nomura重点关注800G和1.6T相干收发器、空芯光纤、OCS，以及DCI/WAN/城域路由与交换设备构成的跨站点骨干网络。跨集群扩展覆盖距离可超过500m，同步训练可达20km，异步应用可达100km或更远；相比之下，纵向扩展链路通常不足4m，横向扩展为100m-2km。 报告识别出多项关键使能技术。相干模块比IM-DD模块更适合长距离链路，因为IM-DD传输距离不足2km，而相干模块可延伸至80-120km。Google于2021年首次提出的coherent-lite采用简化DSP，可在2-20km链路上实现更低成本和功耗；Nomura预计其将应用于横向扩展、跨集群扩展和DCI场景。空芯光纤以空气、惰性气体或真空替代玻璃传输介质，从而降低时延和损耗；FiberHome称其新一代光纤的传输时延较传统实芯光纤低31%。OCS可提供高带宽的灵活全光交换，Nomura认为OCS与coherent-lite的组合可支持向2.4T/3.2T模块时代扩展。 Nomura还将多轨光子线路系统描述为一种应对跨集群扩展容量需求的方式。该容量可在数百对光纤上达到数十petabits per second，同时避免站点、电力和空间需求出现难以承受的增加。Ciena估计，多轨技术可将单机架光纤对容量提高32倍，从而支持对相干收发器和高密度放大器的需求。NVIDIA的Spectrum-XGS方案则结合软件和硬件用于跨集群扩展，包括支持800Gb/s的ConnectX-8和BlueField-3 SuperNIC、1.6T光模块，以及用于分散数据中心的相干收发器。 集群内扩展是报告的第二个主要架构主题。NVIDIA将其定位为连接企业数据与AI算力的南北向边界层，DPU和以太网可将用户访问、数据处理、存储、隔离和安全任务从CPU和GPU中卸载。Nomura认为，在Agentic AI时代，其重要性将上升，因为多轮智能体交互增加了传输和存储复杂度，金融和医疗等行业则要求数据进入计算集群前完成加密和隔离。报告将NVIDIA BlueField-4描述为可提供硬件级Zero Trust隔离和多租户存储卸载，具备18X AI Factory服务带宽和2X存储加速性能。 市场证据在Nomura看来支持这一快速扩大的机会。Ciena预计，包括网络、DCI和跨集群扩展网络在内的AI-WAN将在2026-29E从USD7bn增至USD14bn，约为30% CAGR，并预计跨集群扩展到2029E将达USD8-10bn。对于服务500,000-GPU集群的80km链路，Ciena估计跨集群扩展TAM约为USD500mn，即每GPU USD1,000，不包括放大器；在1,000km时升至USD1bn，在2,000km时则升至USD2bn，因为端点将从ZR/ZR+可插拔模块转向高性能调制解调器。Cignal AI预计800G ZR/ZR+在2025至2029E的CAGR为145%，而OCS市场将从2025年的约USD400mn扩大至2029E的超过USD2.5bn，四年CAGR约为58%。Coherent将其2030年全球OCS市场规模指引从USD2bn上调至USD4bn。 光纤需求是论点中的另一重要环节。CRU估计，用于AI工作负载的光纤电缆需求在2025E同比增长77%，并预计2025-29E CAGR为26%。Nomura指出，单个GW数据中心可能需要数百万至10mn fkm光纤。北美CSP已开始部署或测试空芯光纤：AWS到2026年已在10个核心数据中心部署，Microsoft计划到2026年底在Azure全球网络部署15,000km，Google和Meta也已开始相关技术测试。在中国，报告称跨集群扩展目前占市场份额相对较小，尚未到达大规模需求拐点，但China Mobile和ZTE已推出相关技术并完成商业验证。 竞争格局涵盖光DSP、收发器、OCS和光纤。Marvell和Acacia在相干400G+市场处于领先地位，其后为Ciena、Nokia和Huawei；垂直整合的Ciena、Infinera/Nokia和Huawei则开发自用DSP。报告将Google、Coherent和Lumentum列为当前主要OCS参与者。在空芯光纤领域，Nomura识别出YOFC、Hengtong Optoelectronics、Lightera和Relativity Networks为核心供应商。Nomura预计YOFC将受益于空芯光纤商业化，Zhongji InnoLight和Accelink将受益于高速相干收发器需求增长。

分析框架

Nomura首先区分纵向扩展、横向扩展、跨集群扩展和集群内扩展网络架构，随后将AI集群约束与所需网络性能联系起来。报告通过评估技术栈、市场规模估计、部署案例、价值链和竞争格局，识别潜在受益方。

方法论与常识提炼

• 行业/产业分析框架供需框架

  AI网络供需分析

  报告将分布式AI算力需求的增长与光模块、光纤、交换机、OCS及相关网络设备的需求联系起来。

• 行业/产业分析框架产业链上中下游传导

  跨集群扩展价值链分析

  报告追踪CSP、IDC服务商和电信运营商的需求如何传导至网络设备和光系统，并进一步传导至芯片、组件、收发器和光纤供应商。

• 行业/产业分析框架量价拆分

  基于TAM和容量的市场规模测算

  报告使用GPU集群规模、线路距离、带宽需求、光纤对数和市场预测，说明跨集群扩展设备的机会。

标的映射与对比

研报将主题/逻辑映射到具体标的时的结构化摘要（优势、劣势、对比与风险）。

• YOFC (6869 HK)

  Nomura预计，该公司将受益于用于跨集群扩展网络的空芯光纤商业化。

  优势

  已量产空芯光纤；据称已向三家电信运营商交付。

  对比

  据CRU数据，YOFC在2025年全球光纤电缆市场份额约为14.57%，位列第二，仅次于约19.52%的Corning。

  风险

  中国电信光纤需求弱于预期、AI网络业务扩张放缓或海外扩张不及预期，以及空芯光纤渗透放缓，均可能阻碍其目标价实现。

• Zhongji InnoLight (300308 CH)

  Nomura预计，该公司将受益于高速相干光收发器需求上升。

  风险

  高端光模块需求弱于预期、400G/800G模块竞争、800G/1.6T升级放缓或价格竞争，均可能阻碍目标价实现。

• Accelink (002281 CH)

  Nomura预计，该公司将受益于高速相干光收发器需求。

  优势

  采用Marvell DSP的1.6T coherent-lite收发器，互连距离可达20km。

  风险

  数据通信和电信光组件需求下降、光芯片组研发放缓、价格竞争及利润率稀释，或科技行业制裁恶化，均可能阻碍目标价实现。

• NVIDIA (NVDA US)

  NVIDIA提出跨集群扩展和集群内扩展概念，并提供报告讨论的BlueField及Spectrum-X Ethernet平台。

  优势

  其架构将DPU和以太网定位为AI工厂网络的核心组件。

关键数据

• AI-WAN TAMUSD7bn to USD14bnCiena对2026-29E的预测，约为30% CAGR。
• 跨集群扩展市场TAMUSD8-10bnCiena管理层对2029E的预期。
• 跨集群扩展带宽需求About 14x WAN/DCICisco针对连接1mn XPUs的估算。
• 相干收发器传输距离80-120km相比IM-DD光收发器不足2km。
• 800G ZR/ZR+市场CAGR145%Cignal AI对2025-29E的估算。
• OCS市场规模About USD400mn in 2025 to over USD2.5bn in 2029ECignal AI预测，意味着四年CAGR约为58%。
• AI工作负载光纤需求增长77% y-y in 2025E; 26% CAGR in 2025-29ECRU估算。
• 空芯光纤时延31% lower than traditional solid-core fiberFiberHome针对其新一代超低损耗光纤给出的数据。

影响与含义

Nomura认为，分布式AI基础设施将把网络支出转向长距离、高带宽和低时延的光系统。报告重点指出相干收发器、OCS和空芯光纤供应商的机会，同时指出中国仍处于较海外市场更早的采用阶段。

后续跟踪

• 北美CSP对跨集群扩展网络的商业部署，以及空芯光纤的铺设进展。
• 800G和1.6T相干光学、coherent-lite及OCS在AI数据中心互连中的采用情况。
• 中国大规模跨集群扩展需求是否达到拐点。