一場人工智能（AI）競賽已經打響。隨著美國超大規模數據中心運營商（hyperscalers）將資本支出（Capex）增加65%，光學MEMS技術有望從這些巨額投資中顯著受益。
Yole在《光學MEMS產業現狀-2026版》報告中寫道：“2025年全球光學MEMS市場規模為10億美元，預計2031年將達到23億美元，2025至2031年間的復合年增長率（CAGR）高達15%。這一增長主要得益于MEMS光路交換（OCS）技術在人工智能（AI）數據中心中的迅速采用?！?/span>
2025～2031年光學MEMS市場預測（CAGR為15%），其中的光路交換（OCS）市場增速最快（CAGR為23%）。
據麥姆斯咨詢介紹，光學MEMS的應用范圍廣泛，涵蓋從消費級/工業級投影儀到汽車激光雷達（LiDAR）和抬頭顯示（HUD）等眾多領域，并且光學MEMS在光通信領域也發揮著關鍵作用。MEMS光開關技術始于21世紀初，最初部署于光纖網絡中。然而近年來，谷歌（Google）、英偉達（NVIDIA）和AWS等領先科技公司表現出濃厚興趣，計劃在下一代AI數據中心的光路交換（OCS）架構中應用光學MEMS技術。
作為MEMS行業領先的市場調研機構，Yole通過兩份專題報告提供光學MEMS市場與技術雙重維度的洞察：《光學MEMS產業現狀-2026版》側重于市場趨勢、應用場景及商業動態；《光學MEMS器件對比分析-2026版》則深入分析了領先光學MEMS供應商所采用的技術方案。這份對比報告針對關鍵應用領域的光學MEMS器件進行了全面分析，涵蓋了光通信與數據中心應用的MEMS光開關、電信應用的MEMS可變光衰減器（VOA）以及汽車激光雷達解決方案，并對比了技術架構、驅動方式及性能特征。
光路交換（OCS）技術：AI數據中心演進的核心
隨著人工智能（AI）工作負載推動數據中心流量呈指數級增長，運營商面臨著一項嚴峻挑戰：如何在不大幅增加能耗和基礎設施成本的前提下擴展網絡容量。
當前的數據中心普遍采用“脊葉（spine-leaf）”架構，其中搭載CPU、GPU、FPGA及定制AI加速器的服務器，通過多層電子以太網交換機進行通信。這些網絡的核心是高性能電子分組交換機（EPS），主要由博通（Broadcom）、思科（Cisco）、美滿電子（Marvell）和英偉達（NVIDIA）等公司提供。盡管這些電子分組交換機支撐了云基礎設施的快速擴張，但隨著網絡速率和端口數量的不斷提升，其能耗問題也日益凸顯。
帶寬需求的持續激增進一步加劇了能耗、速度等挑戰——歷史上，帶寬需求每兩到三年就會翻一番。從100G到200G、400G，再到如今的800G，每一次網絡代際更迭都迫使運營商升級交換基礎設施，從而引發耗資數十億美元的周期性投資。
在上述背景下，光路交換（OCS）技術作為一種極具前景的替代方案脫穎而出。光路交換（OCS）技術無需通過多層電子交換機來路由流量，而是讓數據在部分網絡架構中保持在光域內傳輸。通過省去多次“光-電-光（OEO）”轉換步驟，光路交換（OCS）技術有望在顯著降低能耗的同時，提升網絡的可擴展性。
隨著超大規模數據中心運營商尋求支持下一波AI驅動計算的解決方案，光路交換（OCS）日益被視為構建更高效、更可持續數據中心架構的關鍵技術。為滿足這一日益增長的需求，多家企業已與Silex Microsystems和Teledyne MEMS等領先的MEMS代工廠合作，開發出了內部使用的解決方案（例如谷歌、華為）或商用產品（例如Lumentum、DiCon Fiberoptics、Triple Stone、Calient AI、Bright Silicon Technologies和Molex）。預計這一發展勢頭將推動光路交換（OCS）市場在2025年至2031年間實現23%的復合年增長率。
Yole分析師Clyde Midelet強調說：“人工智能基礎設施的快速擴張正為光學MEMS創造新的增長引擎。隨著超大規模云服務商尋求在提升網絡容量的同時降低能耗，光路交換（OCS）技術正成為一項戰略性技術，使MEMS光開關處于下一代AI數據中心架構的核心地位！”
探索MEMS光開關的架構
許多MEMS光開關的核心部件都是一個可運動的MEMS微鏡。其原理很簡單：將輸入的光信號從一個通道引導至另一個通道。然而，在這一簡單功能的背后，卻可以采用多種不同的驅動原理。
MEMS微鏡示例：左圖是激光雷達中的MEMS微鏡；右圖是光開關中的MEMS微鏡（來源：《光學MEMS器件對比分析-2026版》）
靜電驅動因其低功耗、微型化MEMS架構，以及成熟的制造工藝而得到廣泛應用。根據預期的性能、切換速度、驅動力、器件大小及集成策略，也可采用電磁驅動、壓電驅動或電熱驅動等其它方案。每種選擇都在設計復雜度、制造工藝、可靠性與系統級需求之間體現了不同的權衡。
下圖展示的DiCon Fiberoptics的1xN光開關將光學MEMS技術集成于光模塊——它將雙軸MEMS微鏡、光纖組件、驅動電子元器件、透鏡集成在一個緊湊的雙層金屬封裝內。位于中心的鍍金MEMS微鏡（針對數據通信波長進行了優化）采用靜電驅動方式，可將入射光反射至選定的輸出光纖。
DiCon Fiberoptics的MEMS光開關
（來源：《光學MEMS器件對比分析-2026版》）
這種用于1×N光開關的單反射鏡架構，也體現了端口數更多的大型自由空間3D MEMS光路交換技術架構背后的原理。在這類系統中，帶有準直器陣列的輸入與輸出光纖束，與兩組二維MEMS反射微鏡陣列相結合；輸入端的每一面反射鏡均可指向對應的輸出端反射鏡，從而構成一個M×N光交換單元。盡管這并非我們具體研究的光開關架構，但我們推測DiCon Fiberoptics的64×64和300×300規格MEMS光路交換機正是采用了這種架構。此類多路復用系統廣泛應用于數據中心及人工智能基礎設施。
Yole分析師Oleksii Bratash表示：“基于MEMS微鏡的光開關兼具可擴展性、低功耗和優異的光學性能。如今，MEMS光開關已成為高端口數光路交換領域最成熟的解決方案，特別契合人工智能（AI）驅動型數據中心嚴苛的性能需求?！?/span>
光路交換（OCS）技術的未來走向如何？
展望未來，Yole分析師預計光路交換（OCS）在數據中心的應用將加速普及。該技術能夠滿足廣泛的網絡需求，涵蓋了從需要高端口數（高達約300端口）的AI集群“脊葉（Spine-Leaf）”架構，到需要較小交換矩陣（少于100端口）的邊緣AI數據中心、園區數據中心互連（DCI）及城域DCI等各類應用場景。
目前，基于MEMS微鏡的光路交換（OCS）技術似乎是滿足這些需求的最成熟解決方案。然而，仍有許多關鍵問題亟待解決，例如：
- MEMS微鏡技術能否擴展至更高的端口數，甚至接近1000端口？
- MEMS代工廠能否滿足這一日益增長的需求？
- 從長遠來看，基于硅光子的光路交換方案是否會挑戰MEMS光路交換方案？
