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交換機：數(shù)字經(jīng)濟核心底座
交換機是一種用于電（光）信號轉發(fā)的網(wǎng)絡設備，通過為接入交換機的任意兩個網(wǎng)絡 節(jié)點提供獨享的電信號通路，從而轉發(fā)數(shù)據(jù)包。當交換機接收到一個數(shù)據(jù)包時，它會讀取 數(shù)據(jù)包的目標 MAC 地址，然后將數(shù)據(jù)包轉發(fā)到目標設備的端口上。目前業(yè)內主流交換機 為以太網(wǎng)交換機。
交換機的主要應用場景包括：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等各類網(wǎng)絡環(huán)境，是我國數(shù) 字經(jīng)濟網(wǎng)絡的重要基建。隨著我國“十四五”規(guī)劃綱要從現(xiàn)代化、數(shù)字化、綠色化方面對 加快新型網(wǎng)絡基建提出了方針指引，我們認為未來以交換機等網(wǎng)絡設施為代表的數(shù)字基礎 設施將持續(xù)受益于我國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展。
交換芯片：交換機核心部件，承擔數(shù)據(jù)轉發(fā)功能
交換機內部硬件包含 PCB 板、主芯片、輔助芯片、存儲器件、散熱器、電源模塊、 接口/端口子系統(tǒng)等，其中主芯片包括交換芯片、PHY 芯片、CPU，輔助芯片則包括其他 數(shù)字芯片、電源芯片、信號鏈芯片等。交換機的信號轉發(fā)主要通過主芯片完成：外部模擬 信號通過線纜接入交換機端口，在內部 CPU 的指令調度下，由 PHY（物理層）芯片將模擬信號轉化為數(shù)字信號并將傳輸給交換芯片，之后由交換芯片進行數(shù)字信號的安檢、調度 及轉發(fā)，最后再次由 PHY 芯片將信號轉化為模擬信號，通過端口輸出。其余輔助芯片及 器件則主要支持零部件之間的連接、信號轉發(fā)所需的電力能量、散熱等。以太網(wǎng)交換芯片承擔交換機核心轉發(fā)功能，決定核心性能指標。交換芯片專門用于數(shù) 據(jù)包的預處理以及轉發(fā)，其通過專用的PCIE線與CPU相連，接收中央處理器的調用指令， 完成數(shù)據(jù)轉發(fā)。交換機的主要功能是提供子網(wǎng)內的高性能交換、低延時交換，因此直接決 定了整機的交換容量、端口速率等重要性能指標。
技術演進：交換芯片當前最高轉發(fā)速率達 51.2T
以太網(wǎng)技術演進
以太網(wǎng)交換芯片的起源最早可以追溯到上世紀 70 年代以太網(wǎng)的誕生。ALOHA 協(xié)議為 實現(xiàn)夏威夷群島之間“一點到多點”的目的而設計的通信協(xié)議，其本質是“無線電信道沖 突域協(xié)商機制”。1973 年 5 月 22 日，世界上第一個個人計算機局域網(wǎng)絡 ALTO ALOHA 網(wǎng) 絡運轉，標志著以太網(wǎng)正式誕生。
1975 年 7 月，具劃時代意義的 Ethernet I 協(xié)議發(fā)布，包括了將時鐘脈沖作為與 Main Memory 進行數(shù)據(jù)交換的信號，現(xiàn)如今很多相關技術名詞均出自該協(xié)議，如 Ethernet、 Interface cable(接口表)等等。1980 年 9 月，以太網(wǎng)通用標準 ETHE80 正式出臺，同年第一代以太網(wǎng)技術 DIX 1.0 被研發(fā)問世，之后修改為 DIX 2.0，即 IEEE 802.3 標準基礎規(guī)約。1995 年發(fā)布的“802.3u 100Mbps 以太網(wǎng)標準”也稱 Fast Ethernet，標志著業(yè)界進入 100M 快速以太網(wǎng)時代。21 世紀以太網(wǎng)的應用范圍進一步拓展，2010 年 IEEE 發(fā)布 40G 和 100G 的 802.3ba 標準，分別用于大規(guī)模數(shù)據(jù)中心/超級計算機和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)/骨干網(wǎng)絡；2017 年 IEEE 發(fā)布 200G 和 400G 802.3bs 標準；2022 年 12 月發(fā)布 800G 標準 P802.3df 和 1.6T 標準 P802.3dj 從而進一步提高帶寬，用于云數(shù)據(jù)中心場景，P802.3dj 為目前 IEEE 發(fā)布的最高傳輸速率以太網(wǎng)標準。目前以太網(wǎng)技術經(jīng)過了前后 50 多年探索和發(fā)展，網(wǎng)絡傳輸速率不斷提升，通信范圍 頁從局域網(wǎng)拓展到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。
交換機演進歷史
隨著以太網(wǎng)相關技術的發(fā)展，交換機產(chǎn)品類型也同樣發(fā)展經(jīng)歷四代的演變。從 1989 年第一臺交換機問世以來，其在端口速率和交換容量上有了快速發(fā)展和極大提升。交換機的前身是一種不能隔絕沖突擴散的物理層設備——集線器，其將多個接口和傳 輸線集成于一體，但當時以太網(wǎng)標準尚未問世，因此其網(wǎng)絡性能因為自身屬性所限而難以 提高。1989 年，美國 Kalpana 公司發(fā)明了世界上第一臺以太網(wǎng)交換機 EtherSwitch EPS-700，該型號對外提供 7 個固定端口。交換機作為一種能隔絕沖突的二層網(wǎng)絡設備， 極大提高了網(wǎng)絡性能。如今的交換機早已突破舊框架，不僅能完成二層轉發(fā)，也能根據(jù) IP 地址進行三層轉發(fā)，甚至還出現(xiàn)了工作在四層及更高層的疊加型多業(yè)務交換機。
交換機的市場參與者不斷增加。1994 年，思科基于上一年并購的 Crescendo 的交換 機技術，推出了思科第一款交換機 Catalyst 1200，這款交換機支持 8 個 10M 以太網(wǎng)接口， 另有兩個模塊插槽用于上行鏈路，從此正式開啟了全球龍頭廠商交換機的爭鳴時代。1997 年 12 月，華為推出第一款國產(chǎn)以太網(wǎng)交換機 Quidway S2403；2002 年 10 月，中興通訊 推出國內第一臺符合 802.3ae 標準的 10G 以太網(wǎng)高端路由交換機；2006 年 3 月，銳捷網(wǎng) 絡全球首發(fā)面向 10 萬兆平臺設計的 RG-S8600、RG-S9600 系列。此階段業(yè)界依舊采用 大體積硬件耦合的形式來構成交換機進行信息交換，尚無廠商推出標準清晰且可量產(chǎn)的交 換芯片。
2010 年博通發(fā)布業(yè)界首款可量產(chǎn)交換芯片后，交換機迅速騰飛。2013 年 1 月，思科 通過自研 UADP 芯片推出 Catalyst 3850 系列交換機，該機型支持 Cisco ONE 可編程網(wǎng)絡 模型。美國后起之秀 Arista 于 2014 年推出業(yè)界首款具有 100G 上行鏈路的葉交換機。國 內廠商同樣發(fā)展迅速，華為、銳捷網(wǎng)絡等廠商不斷推出高性能交換機產(chǎn)品。2019 年銳捷 網(wǎng)絡率先在業(yè)內推出 100G 數(shù)據(jù)中心核心交換機和 25G/100G 數(shù)據(jù)中心解決方案，打開數(shù) 據(jù)中心市場。2022 年 4 月，新華三發(fā)布了業(yè)界首款 400G 園區(qū)核心交換機；2023 年 6 月， 華為推出 800GE 數(shù)據(jù)中心核心交換機 Cloud Engine 16800-X 系列，主要針對大數(shù)據(jù)、云 計算等應用場景；同月，新華三全球首發(fā)新一代數(shù)據(jù)中心交換機新品 S9827 系列，帶寬達 到 51.2T，進一步助力算力釋放。
交換芯片演進歷史
芯片量產(chǎn)時代：交換機問世的 20 余年后，博通推出首個可量產(chǎn)的交換芯片。21 世紀 初葉，半導體材料在電子通信行業(yè)的應用快速發(fā)展，使得廠商能夠把大量數(shù)據(jù)轉發(fā)功能集 于一塊專用集成電路上，芯片的形式開始逐漸取代大量耦合硬件。與此同時，IEEE802.3ba 的通過為交換芯片鋪平了道路。2010 年，Broadcom 推出業(yè)界第一個可量產(chǎn)的以太網(wǎng)交換 芯片系列 BCM88600，交換容量達到 640G，并且開始以 2 年為周期不斷推出更高性能產(chǎn) 品。之后美國巨頭廠商美滿、思科、英偉達等也相繼推出以太網(wǎng)交換芯片產(chǎn)品，并優(yōu)先搶 占絕大部分市場份額，成為行業(yè)絕對的領跑者；而中國廠商如華為、中興通訊、盛科通信 雖起步較晚，但也通過攻克技術難點陸續(xù)成功研發(fā)國產(chǎn)以太網(wǎng)交換芯片。至此交換芯片進 入高速發(fā)展期，成為交換機性能迭代的第一動力及核心壁壘。
群雄逐鹿時代：2022 年 8 月，博通發(fā)布了目前業(yè)內最高端的交換芯片 Tomahawk 5， 為市面上首個量產(chǎn) 51.2Tbps 交換帶寬的芯片，單個端口最高速率達到 800G，主要針對 超大規(guī)模企業(yè)和云構建者商用交換機和路由器芯片市場。此前英偉達于 2022 春季發(fā)布會 推出 Spectrum-4 交換機，其搭載的 AI 芯片同樣為“51.2T+800G”的配置，但該芯片并 不通過量產(chǎn)對外出售。之后美國巨頭廠商相繼推出同級別性能指標的以太網(wǎng)交換芯片：Marvell 于 2023 年 3 月推出 Teralynx 10；思科推出 Silicon One G200/G202 系列網(wǎng)絡芯 片；以上交換芯片均為目前業(yè)內最高性能水準。國產(chǎn)廠商盛科通信計劃 2024 年推出 Arctic 系列，交換容量達到 25.6T，有望對標行業(yè)一線龍頭。
市場規(guī)模：400 億全球市場，自研與商用齊頭并進
數(shù)字化長期向好，交換機持續(xù)快速增長
2021 年起全球以太網(wǎng)交換機恢復快速增長。IDC 數(shù)據(jù)顯示，全球以太網(wǎng)交換機市場 規(guī)模 2022 年達到 3082 億元，同比增長 17%，我們認為全球交換機行業(yè)已經(jīng)逐漸走出疫 情期間上游供應鏈短缺的困境，市場在經(jīng)歷 2020 年的短暫下滑后迎來加速復蘇。國內交 換機市場同樣在 2021 年后開始快速增長，預計到 2025 年我國交換機市場達到 641 億。
產(chǎn)品價值：交換芯片為核心器件
成本方面，芯片采購成本包括主芯片（涵蓋以太網(wǎng)交換芯片、PHY 芯片、MAC 芯片、 CPU 芯片等）和輔助芯片（其他數(shù)字芯片、電源管理芯片、信號鏈芯片、功率芯片等）， 主芯片承擔核心功能，其采購單價遠高于輔助芯片，為交換機硬件中的主要價值構成。（1）單價角度：單顆以太網(wǎng)交換芯片售價較高。根據(jù)盛科通信招股書，公司目前最 高端產(chǎn)品為 TsingMa.MX（2.4Tbps，400G）系列的芯片產(chǎn)品 CTC8186，其在試制階段 的平均銷售單價為 2252.33 元/顆，定價水平較高。博通 Tomahawk 系列 的 BCM56960 （2014 年，3.2Tbps，400G）目前單價為 4100 美元左右（根據(jù)經(jīng)銷網(wǎng)站 Avnet、mouser electronic 的數(shù)據(jù)）。最高端的 Tomahawk 5 系列交換芯片暫無公開售價。（2）價值量占比角度：芯片為上游最主要原材料。根據(jù)銳捷網(wǎng)絡招股書披露，2020 年銳捷網(wǎng)絡芯片采購成本占原材料采購成本的 45%；根據(jù)三旺通信招股書披露，公司 20H1 所有芯片采購成本占原材料采購總額的比例為 36%。結合盛科通信招股書披露的部分交換 芯片的售價及交換機整機成本，我們粗略估算交換機內部主芯片在原材料中占比 25%~30% 左右，其中交換芯片占比 10%~15%。
市場規(guī)模持續(xù)增長，商用與自研齊頭并進
市場規(guī)模穩(wěn)健增長：近年來 5G 全民化、AI 興起等浪潮使得互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量大幅增加， 推動交換芯片市場規(guī)模穩(wěn)步擴張。根據(jù)灼識咨詢的預測數(shù)據(jù)，2020 年全球交換芯片市場 規(guī)模約 368 億元，預計 2025 年將達到 434 億元，CAGR 約為 11%，其中預計商用交換芯 片占比從 50%小幅提升至 55%；中國交換芯片市場 2020 年約為 125 億元，預計 2025 年 將達到 225 億元，CAGR 約 13%。中國交換芯片市場規(guī)模增長顯著高于全球。
以太網(wǎng)交換芯片按照市場角度可分為自研、商用兩類。自研芯片為廠商制造后直接供 給自家交換機從而構筑傳輸網(wǎng)絡，作為公司數(shù)通業(yè)務的基石，基本不對外出售，主要廠商 包括思科、華為、中興等；商用芯片由芯片廠商制造后通過市場出售給中下游客戶，主要 廠商包括博通、Marvell、盛科通信等。自研、商用兩大方向各有優(yōu)劣：自研芯片往往與對 應交換機配套推進研發(fā)，針對性及品牌差異化較強，而通用性及靈活性則遜于商用交換芯 片；同時自研芯片雖在市場占比低于商用芯片，但由于其一般搭載于廠商尖端產(chǎn)品，性能 指標往往領先于大規(guī)模商用公開芯片，對應的整機產(chǎn)品在公開發(fā)布后，對市場在技術方案 上有一定指導意義。因此我們認為自研、商用兩大方向未來將長期共存于整體市場，且互 為補充。
競爭格局：技術壁壘高筑，海外巨頭壟斷
“芯片設計+客戶生態(tài)”雙重壁壘高筑
以太網(wǎng)交換芯片為技術密集型行業(yè)，存在“芯片設計+客戶認證”雙重較高壁壘，一 般企業(yè)較難切入行業(yè)，具體分析如下。壁壘分析。
（1）技術壁壘：交換芯片的技術難點主要集中于設計環(huán)節(jié)，具體包括高性 能交換芯片架構設計、高密度端口設計、針對不同應用場景的流水線設計，并研發(fā)配套的 SDK 軟件接口。以高性能架構設計為例，難點在于如何設計合理的流量管理模塊，從而 在多個報文預處理模塊同時傳輸數(shù)據(jù)包時，不發(fā)生互相沖突占用緩存的情況。因此自主量 產(chǎn)交換芯片對廠商在 ASIC 方面的驗證以及測試能力要求較高。
（2）客戶壁壘與生態(tài)：交換芯片下游客戶主要為網(wǎng)絡設備商，且供貨型號較為固定， 客戶對于交換芯片性能的高要求使得廠商需投入多年的研發(fā)及測試；此外客戶收到樣品后 仍需要測試、立項、軟硬件整合等一系列流程以保證對應整機產(chǎn)品的成功運行。因此，交 換芯片廠商往往需要 5-7 年時間才能與下游形成穩(wěn)定的供貨關系，客戶黏性較強。同理， 新的初創(chuàng)廠商由于供貨經(jīng)驗及客源均不如老牌巨頭，難以快速導入下游客戶。
市場份額：寡頭壟斷，國產(chǎn)替代空間巨大
以太網(wǎng)交換芯片為技術密集型行業(yè)，壁壘較高，進入難度大，因此全球以太網(wǎng)交換芯 片市場集中度較高，呈現(xiàn)寡頭壟斷的市場格局。商用和自研市場分析如下。自研芯片市場：主要玩家思科、華為起步較早。中國自研交換芯片市場方面的主要玩 家為華為和思科。思科于 1995 年正式進入中國市場，憑借早期的資金及技術優(yōu)勢最先開 啟交換芯片的自研，目前已推出用于 AI 超級計算機的 SiliconOne G200/G202 系列網(wǎng)絡芯 片，交換容量 51.2Tbps，端口速率達到 800G；華為于 1990 年開啟交換芯片自研之路， 1999 年開始自研 Solar 系列交換芯片，目前已推出 5.0 系列，如 SD5121/SD5122。根據(jù) 灼識咨詢數(shù)據(jù)，2020 年中國自研以太網(wǎng)交換芯片市場上，華為和思科市占率分別為 88%和 11%。
商用芯片市場：博通領跑行業(yè)，替代空間大，盛科通信成為國內前五份額廠商中唯一 的國產(chǎn)企業(yè)。全球范圍內，博通、Marvell 為絕對龍頭，根據(jù) 650 Group 的數(shù)據(jù)，20Q4 博通、Marvell 合計占據(jù)全球商用交換芯片 99%的份額。根據(jù)灼識咨詢的數(shù)據(jù)，2020 年中 國商用以太網(wǎng)交換芯片市場中盛科通信市占率為 1.6%，全球第四，國內第一，我們根據(jù) 盛科通信 2022 年營收結構，估算 2022 年其國內市占率上升至 5%；2020 年中國萬兆以 上商用以太網(wǎng)交換芯片市場中，盛科通信市占率 2.3%，全球第四，國內第一，國內市場 替代空間巨大。
海外龍頭布局較早，國內加速追趕
海外龍頭如博通、Marvell、思科等憑借其體量積累的技術和資金優(yōu)勢，較早開啟交換 芯片的布局，國產(chǎn)企業(yè)如盛科通信相較于行業(yè)全球龍頭博通、Marvell 等，產(chǎn)品線覆蓋領 域、最高端產(chǎn)品指標方面仍有差距，暫時落后于行業(yè)龍頭。
博通：全球商用交換芯片龍頭
公司深耕交換芯片 13 年，擁有 Tomahawk、Trident、Jericho 三大系列交換芯片，分 別應用于高、中、低端場景需求，主要發(fā)展高端產(chǎn)品線，主要應用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡和運營 商網(wǎng)絡，在高端領域占據(jù)較高市場份額。Tomahawk 系列具有帶寬較高，適用于超大規(guī)模 數(shù)據(jù)中心，產(chǎn)品以 2 年為周期不斷迭代升級；Trident 系列具有多功能特點，帶寬相較 Tomahawk 稍低，多用于企業(yè)和云；Jericho 系列帶寬較低，主要面向服務提供商。2022 年 8 月博通發(fā)布了 Tomahawk 5 系列網(wǎng)絡芯片，這是市面上首個可量產(chǎn)的 51.2Tbps 帶寬的交換芯片，主要針對超大規(guī)模企業(yè)和云構建者商用交換機和路由器芯片 市場。Tomahawk 5 帶寬達到 51.2T，可支撐 64 個 800 G 的端口或 128 個 400 G 端口， 數(shù)據(jù)交換性能是 Tomahawk 4 的兩倍。Tomahawk 5 采用 5 nm 制程，可以支持傳統(tǒng)的可 插拔光模塊，也可以選擇 CPO（光電共封裝技術）來減少光模塊和交換芯片間的距離，提 高傳輸效率。
Marvell：交換芯片領先
公司主打 Teralynx、Prestera 兩條旗艦產(chǎn)品線，Prestera 面向企業(yè)與邊緣數(shù)據(jù)中心 市場，Teralynx 則面向云端數(shù)據(jù)中心。2021 年 10 月公司收購 Innovium，其主營業(yè)務為 面向數(shù)據(jù)中心的以太網(wǎng)生產(chǎn)交換機 ASIC，該收購助力 Marvell 補充其數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品組合， 為其云客戶提供服務，進一步加強公司在網(wǎng)絡交換芯片領域的優(yōu)勢。
Marvell 同樣于 2023 年 3 月推出了一款號稱“業(yè)界延遲最低”的可編程交換機芯片 Teralynx 10。這是一款專為 800G 時代設計的 51.2Tbps 交換機芯片，專門解決運營商超 高帶寬的問題，可應用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中的葉脊交換機，滿足高性能計算的需求。Teralynx 10 單芯片尺寸為 93X93 mm, 輸入/輸出數(shù)量為 8855, 并使用業(yè)界最新 Low Dk/Df 材料設 計 PCB 板材。
英偉達：加快交換機研發(fā)，適配 AI 需求
英偉達在交換機領域同時布局 Ethernet 和 InfiniBand 兩大技術方案。公司針對 IB 方案推出 Nvidia Quantum 交換機產(chǎn)品，可提供海量吞吐以及出色的網(wǎng)絡計算能力，面向 高性能計算、AI 等場景，其中高端 QM9700 系列交換容量達到 51.2T，單端口容量達到 400G；針對以太網(wǎng)方案，Nvidia 于 2022 年春季發(fā)布會推出了 Spectrum-X 以太網(wǎng)交換平 臺，其中核心組成 Spectrum-4 交換機可為大規(guī)模云計算、企業(yè)人工智能、模擬仿真提供 性能更優(yōu)化的端到端以太網(wǎng)網(wǎng)絡平臺，實現(xiàn)大規(guī)模、高性能、模擬仿真功能，完美契合數(shù) 據(jù)中心需求。Spectrum-4 交換機搭載的交換芯片容量 51.2Tbps，端口速率 800G，專門 為 AI 設計研發(fā)，該芯片基于 4nm 制程工藝，內部含有超過 100 億個晶體管以及簡化的收發(fā)器設計，功率約為 500W。
思科：全球交換機龍頭，自研芯片領先
Cisco 是交換機行業(yè)的全球霸主，市占率超過 40%為全球第一，較早開啟交換芯片的 自研之路。思科 1999 年收購半導體公司 StratumOne Communications，之后通過多次收 購半導體相關公司，積累了豐富的人才和技術資源。2019 年 12 月，思科首次推出了 Silicon One 芯片架構，當時稱其規(guī)劃是為“未來網(wǎng)絡奠定通用基礎”，該芯片應用場景包括模塊 化系統(tǒng)、中央系統(tǒng)等。
Cisco 于 2023 年 6 月推出了用于 AI 超級計算機的 SiliconOne G200/G202 系列網(wǎng) 絡芯片：G200 交換容量 51.2Tbps，端口達到 800G；G202 特性與 G200 完全一致，但 交換性能只有 G200 的一半。G200 采用 5nm 制程工藝，可控性強，且具有可編程特性， 大大增加了使用場景的靈活性。
盛科通信：國內商用交換芯片龍頭
產(chǎn)品線覆蓋：公司目前主要以太網(wǎng)交換芯片產(chǎn)品覆蓋 100Gbps~2.4Tbps 交換容量及 100M~400G 的端口速率，在企業(yè)網(wǎng)絡、運營商網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡和工業(yè)網(wǎng)絡得到了規(guī) 模應用。目前公司相較于行業(yè)全球龍頭博通、Marvell 等，產(chǎn)品線覆蓋領域、最高端產(chǎn)品 指標方面仍有一定差距，尚未實現(xiàn) HPC 及超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的場景覆蓋，暫時落后。
最高交換容量芯片對比：在數(shù)據(jù)中心領域，盛科通信已推出 TsingMa.MX（交換容量 2.4Tbps）、GoldenGate（交換容量 1.2Tbps）等系列，且均已導入國內主流網(wǎng)絡設備商并 實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。目前公司的面向超大數(shù)據(jù)中心的高性能交換產(chǎn)品 Arctic 系列尚在試生產(chǎn) 階段，最高交換容量達到 25.6Tbps，我們預計將在 2024-2025 年推出。
行業(yè)趨勢：AI 驅動交換芯片高速化，國產(chǎn)替代加速
AI 驅動高速率交換芯片逐漸成為主流
近年來 AI、云計算等技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，驅動相關行業(yè)數(shù)據(jù)量快速增長的同時，對于通 信網(wǎng)絡提出了新的挑戰(zhàn)。AI 模型通常是采用分布式訓練的方式進行計算，分布式訓練需要 多臺主機之間同步參數(shù)、梯度，以及中間變量。對于大模型，單次的參數(shù)同步量一般都在 百 MB~GB 的量級，參數(shù)量巨大。
考慮到大模型巨大的數(shù)據(jù)量，除了“高帶寬”，大模型訓練還對于網(wǎng)絡提出了“低延 時”的需求。大模型訓練一般會將數(shù)據(jù)并行、流水線并行、張量并行等多種并行模式混合 使用，以充分利用集群的算力。然而所有的并行模式都會涉及“All Reduce”集合通信。多個“All Reduce”需要完成每一個點對點通信，因此集合通信存在“木桶效應”，完成時 間由其中最慢的一段通信時間決定。任何一條鏈路的負載出現(xiàn)不均勻的情況，都會導致網(wǎng) 絡擁塞，大幅增加時延，嚴重影響訓練效率。
RDMA 時延更低并提供更高帶寬，成為破局關鍵技術。傳統(tǒng) TCP 網(wǎng)絡因為主機側協(xié) 議棧開銷大，無法充分利用網(wǎng)絡帶寬。RDMA 通信技術通過網(wǎng)卡硬件實現(xiàn)通信控制，繞過 了主機側協(xié)議棧，讓一臺主機可以直接訪問另外一臺主機的內存，可以將用戶應用數(shù)據(jù)直 接傳入服務器存儲區(qū)，因此既避免了協(xié)議棧內存拷貝，又節(jié)約了 CPU 的開銷。RDMA 通 信相比 TCP 可降低通信時延，且數(shù)據(jù)吞吐量更大，契合大模型 GPU 訓練的場景。目前實 現(xiàn) RDMA 技術主要有 InfiniBand 和 RoCEv2 兩種方案，均可顯著降低端到端時延。
RDMA 技術帶來的高帶寬驅動交換機高速化。RDMA 技術讓一臺主機可以直接訪問 另外一臺主機的內存，消除了外部存儲器復制和上下文切換的開銷，因而能解放內存帶寬， 使單位時間內網(wǎng)絡可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大幅增加。更多可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量推動了業(yè)界對于交換機 “高速化”的需求，例如新華三推出了支持 RoCE 的以太網(wǎng)交換機，交換機的端口從 100G 向著 400G 演進。
高速率交換機出貨量逐步上升。根據(jù) IDC 的數(shù)據(jù)，全球及中國交換機市場中，速率 100M 以下的低速率端口將在 2024 年后逐步退出市場，千兆端口依舊為市場主流，而 10G 以上速率端口出貨量將逐步上升。
高速率交換芯片需求激增：交換芯片直接決定整機的交換容量、端口速率等核心性能 指標，“高速化”的市場需求趨勢與交換機相似。中國商用交換芯片市場中，100G 及以上 的以太網(wǎng)交換芯片需求逐漸增多。根據(jù)灼識咨詢的數(shù)據(jù)，預計至 2025 年，100G 及以上 的中國商用以太網(wǎng)交換芯片市場規(guī)模將大幅增長，占比將分別達到 44.2%。
“UEC”成立，多家巨頭擁抱開放式以太網(wǎng)
隨著 AI 和高性能計算工作負載的快速發(fā)展，傳統(tǒng)以太網(wǎng)在提供智算網(wǎng)絡互連上存在較 多的局限性，而目前超級計算領域主流之一的 Infiniband 技術，因為歷史演進原因變成封 閉技術，無法充分利用當前繁榮的以太網(wǎng)生態(tài)。因此以太網(wǎng)技術的進一步演進成為必然。2023 年 7 月，由 Linux 基金會主辦的超以太網(wǎng)聯(lián)盟 (Ultra Ethernet Consortium， UEC)正式成立，旨在超越現(xiàn)有的以太網(wǎng)功能。UEC 的創(chuàng)始成員包括 AMD、Arista、博通、 思科、Eviden、HPE、Intel、Meta 和微軟，都擁有數(shù)十年的網(wǎng)絡、人工智能、云和高性 能計算大規(guī)模部署經(jīng)驗。
2023 年 11 月 21 日，超以太網(wǎng)聯(lián)盟迎來新成員，包括阿里云、百度、字節(jié)跳動、戴 爾、華為、Juniper Networks、Marvell、新華三、諾基亞、騰訊等 27 家公司。
UEC 致力于打造一個與超級計算互連一樣高性能、與以太網(wǎng)一樣普遍且經(jīng)濟高效、 與云數(shù)據(jù)中心一樣可擴展的“新以太網(wǎng)”。UEC 基于當前以太網(wǎng)的開放、可互操作、高性 能的通信架構，提供針對高性能計算和人工智能進行優(yōu)化的高性能、分布式和無損的傳輸 層協(xié)議，滿足 HPC 和 AI 分布式計算的高帶寬和低延遲需求，提供最佳網(wǎng)絡利用率。預計 UEC 未來將會從四個緯度進行現(xiàn)有以太網(wǎng)技術的演進開發(fā)。（1）物理層：制定 增強以太網(wǎng)物理層、底層介質和物理層客戶端（鏈路層）的性能、延遲和管理的規(guī)范。（2） 鏈路層：開發(fā)增強以太網(wǎng)鏈路層性能、延遲和管理的規(guī)范。（3）傳輸層：制定 AI/HPC 傳 輸規(guī)范，增強以太網(wǎng)的吞吐量、延遲、可擴展性和管理。（4）軟件層：為各種 AI/HPC 用例或應用程序開發(fā)規(guī)范和/或軟件 API 和/或開源代碼。范圍包括但不限于：遠程內存訪問 優(yōu)化、網(wǎng)絡計算（INC）以及安全、管理和存儲。2023 年 8 月，在 IEEE Hot Interconnects（HOTI，關注先進的硬件和軟件架構、各 種互連網(wǎng)絡實現(xiàn)）國際論壇上，Intel、Nvidia、AMD 等巨頭進行了“EtherNET or EtherNOT ” 的討論，多家廠商堅定看好以太網(wǎng)方案。我們認為在未來很長一段時間內，以太網(wǎng)憑借其 通用性及開放性，仍會占據(jù)市場主導地位。
英特爾看好以太網(wǎng)的“開放性”
英特爾高級研究員、網(wǎng)絡和邊緣組首席硬件架構師 Brad Burres 在 2023 HOTI 會議 的討論中明顯偏向于 EtherNET。Brad Burres 認為，無論采用何種技術，都需要一個開放 的生態(tài)系統(tǒng)來降低整個行業(yè)的成本，并實現(xiàn)所需的軟件基礎設施。而隨著協(xié)議的成熟，除 非另一個開放的標準結構立即出現(xiàn)，否則以太網(wǎng)將成為贏家。
AMD 認為“Ethernet is the answer”
與英特爾相似，AMD 同樣更看好以太網(wǎng)方案。AMD 數(shù)據(jù)中心 GPU 系統(tǒng)架構師 Frank Helms 在 2023 HOTI 會議上列舉了全球超級計算機 TOP500 榜單中第一名 Frontier、第二 名 Aurora 和第五名 LUMI，它們都基于以太網(wǎng)的 HPE Cray Slingshot-11 網(wǎng)絡結構進行連 接。AMD 堅信“Ethernet is the answer”。2023 年 12 月 7 日，AdvancingAI 發(fā)布會在 美國加州圣何塞舉行，會上 AMD 正式發(fā)布了其最新一代 AI 產(chǎn)品 MI 300A 與 MI 300X， 直接對標英偉達之前推出的 H100。此外 AMD 發(fā)言稱“Ethernet is the answer”，堅信以 太網(wǎng)擁有更好的性能以及更好的大規(guī)模集群能力，在網(wǎng)絡開放性上遠勝其他方案。
Oracle 全面擁抱以太網(wǎng)
Oracle 堅決使用以太網(wǎng)而非 IB。Oracle 云基礎設施 (OCI) 利用 Nvidia GPU 和 ConnectX NIC 構建基于 ROCEv2 RDMA 的超級集群。OCI 構建了一個獨立的 RDMA 網(wǎng)絡，并針對 AI 和 HPC 工作負載進行了微調的自定義配置文件。
交換芯片國產(chǎn)替代加速
我們看好在數(shù)字經(jīng)濟政策不斷落地、AI 產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的背景下，國產(chǎn)廠商進一步搶占以太 網(wǎng)交換芯片的市場份額，加速國產(chǎn)替代。主要邏輯如下：
（1） 國內交換芯片廠商均為以太網(wǎng)組網(wǎng)路線，契合國內主要需求。目前業(yè)內交換 機主要分為以太網(wǎng)交換機和 IB 交換機兩種。以太網(wǎng)組網(wǎng)誕生伊始僅僅是為了 追求夏威夷群島上多系統(tǒng)的信息互通，其優(yōu)勢在于考慮到 lossy 有損網(wǎng)絡的丟 包情況，容錯率更高；但同時這種允許丟包的 lossy 機制難以支持超算數(shù)據(jù)中 心。而 IB 組網(wǎng)最初就是為了消除 HPC 場景下集群數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，用的是端到端的 lossless 的無損方案，更加適合如今的超算中心；但其網(wǎng)絡部署成 本高于以太網(wǎng)且應用場景的通用性較低。上世紀 90 年代起 IB 與以太網(wǎng)就已 經(jīng)開始互相競爭，最終以太網(wǎng)憑借著通用性和靈活性成為市場的主導，到2019 年英偉達收購 Mellanox 之時，Mellanox 就本已經(jīng)是市面上僅剩的 InfiniBand 通訊產(chǎn)品主要供應商了。目前僅有部分海外云廠商布局 IB 交換機，以英偉達 為主導；而思科、arista 等交換機巨頭自建立之初便堅定聚焦以太網(wǎng)方案。國 內廠商則由于以太網(wǎng)交換機的通用性較高及成本相對較低，聚焦于以太網(wǎng)交 換機。國產(chǎn)廠商如盛科通信等均生產(chǎn)以太網(wǎng)交換芯片，因此本土產(chǎn)品與國內 需求相契合。
（2） 本土廠商主導交換機市場，供應鏈安全可控需求迫在眉睫。與交換芯片的海 外巨頭壟斷格局不同，我國交換機市場中本土廠商市占率較高。根據(jù) IDC 數(shù) 據(jù)統(tǒng)計，2022 年中國交換機市場由華為、新華三、銳捷、思科、中興通訊等 龍頭廠商占據(jù) 90%以上的主要份額。華為、思科、中興通訊以自研芯片為主， 其中中興通訊較早成立中興微電子啟動自研之路，不斷加大自研投入和比例， 于 2011 年推出第一代自研交換網(wǎng)套片，目前已完成最新一代交換套片 SA2/SF2 的研發(fā)，進一步夯實數(shù)據(jù)產(chǎn)品發(fā)展的基石；而新華三、銳捷網(wǎng)絡產(chǎn) 品所用交換 芯片 均以 外采 為主 。根據(jù)銳捷網(wǎng)絡招股書，銳捷網(wǎng)絡在 2019~2022H1 期間，接入交換機、匯聚交換機大約 50%使用國產(chǎn)芯片，核心 交換機芯片則基本以國外廠商供應為主。交換機作為我國企業(yè)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心 等各類網(wǎng)絡環(huán)境中的核心設備，其質量性能及可靠程度直接影響整體網(wǎng)絡環(huán) 境的安全性，因此整機廠商選擇自主可控的國產(chǎn)零部件供應商成為重中之重。我們認為未來國產(chǎn)交換機廠商將逐漸加速導入本土交換芯片，確保下游網(wǎng)絡 應用的安全可控。
（3） 我國網(wǎng)絡芯片自給率仍需進一步提升。我國作為全球核心的半導體芯片消費 國家，芯片對外依存度高，高端芯片嚴重依賴進口，芯片自給率較低。根據(jù) IC insights 的數(shù)據(jù)顯示，2015 年以來我國芯片自給率從 15.9%提升至 17%， 但總體仍處于較低水平；同時根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的測算顯示，2019 年我國 核心網(wǎng)絡設備芯片自給率低于 20%，仍需進一步提升。
綜上所述，我們認為目前市占率較低的國產(chǎn)廠商有望進一步搶占市場份額，加速國產(chǎn) 替代。建議關注自研、商用兩條主線，推薦近年來產(chǎn)品突破較快的行業(yè)龍頭。
商用芯片：盛科通信多款芯片量產(chǎn)，25.6T 交換芯片在研
盛科通信是國內以太網(wǎng)交換芯片龍頭，主營業(yè)務為以太網(wǎng)交換芯片及 配套產(chǎn)品的研發(fā)、設計和銷售。公司創(chuàng)立于 2005 年，于 2019 年進入高速成長期，并于 2023 年 9 月成功上市。目前公司為國內唯一能夠量產(chǎn)以太網(wǎng)交換芯片的上市公司，多款產(chǎn)品獲得中國電子學會“國際先進、部分國際領先”科技成果鑒定，為我國數(shù)字化網(wǎng)絡建 設提供了豐富的芯片解決方案。公司主打以太網(wǎng)交換芯片產(chǎn)品，交換機、解決方案為輔。
公司治理：中國電子控股，核心技術團隊經(jīng)驗豐富。中國電子直接持有公司 7.41%股 份，并通過其全資子公司持有中國振華 54.08%的股權；中國振華持有盛科 21.26%的股 份，因此中國電子合計控股約 20.5%，為公司第一大股東。公司具備經(jīng)驗豐富的高層次人 才梯隊，涵蓋了技術研發(fā)、市場銷售、生產(chǎn)運營、財務管理等各個方面?？偨?jīng)理孫劍勇本 科畢業(yè)于清華大學電機系，研究生畢業(yè)于美國德克薩斯州大學機電系，曾任美國思科高級 工程師；副總經(jīng)理鄭曉陽畢業(yè)于浙江大學電機系、美國 CLEMSON 大學電機系，曾任美 國思科高級工程師。截至 2022 年 12 月 31 日，公司 460 名員工中研發(fā)人員達到 341 名， 占比 74.13% 。研發(fā)人員中有 158 名擁有碩士及以上學歷福公司擁有由多名行業(yè)內專家組 成的核心技術團隊，核心技術人員均擁有 15 年以上集成電路設計經(jīng)驗。
穩(wěn) 步 推 進 芯 片 研發(fā) ， 積極 拓 展 商 用 場 景 ：公 司的 以太 網(wǎng)交 換芯 片主 要覆蓋 100Gbps~2.4Tbps 交換容量及 100M~400G 的端口速率。中端產(chǎn)品方面，公司于 2015 年 推出 GoldenGate 系列，交換容量 1.2Tbps，交換容量、端口能力、特性均處于推出時國 際先進水平。2019 年推出的 TsingMa 系列已處于量產(chǎn)階段，交換容量領先于中等密度 10G 級別競品，特性、本土化需求多個維度均具備較強優(yōu)勢，在 5G 承載接入、數(shù)據(jù)中心管理 交換機等新興領域實現(xiàn)廣泛應用。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡方面，目前產(chǎn)品僅覆蓋中小規(guī)模數(shù)據(jù)中心， 12.8Tbps 及以上交換容量面向超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的高性能交換產(chǎn)品尚在研發(fā)階段，路由 交換融合產(chǎn)品仍在布局階段。目前公司正積極拓寬產(chǎn)品矩陣，未來有望在高中低端產(chǎn)品實 現(xiàn)全方位覆蓋。
在研高端產(chǎn)品對標全球龍頭：公司以太網(wǎng)交換芯片產(chǎn)品中，TsingMa.MX 系列交換容 量達到 2.4Tbps，支持 400G 端口速率，支持 5G 承載特性和數(shù)據(jù)中心特性。GoldenGate 系列芯片交換容量達到 1.2Tbps，支持 100G 端口速率，支持可視化和無損網(wǎng)絡特性。TsingMa 系列芯片集成高性能 CPU，為企業(yè)提供安全、可靠的網(wǎng)絡，并面向邊緣計算提 供可編程隧道、安全互聯(lián)等特性。公司預計 2024 年推出 Arctic 系列，交換容量最高達 到 25.6Tbps，支持最大端口速率 800G，面向超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。目前，行業(yè)領先廠商博 通、Marvell 面向超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的以太網(wǎng)交換芯片的交換容量已達到 51.2Tbps，最大 端口速率達到 1600G。
優(yōu)質客戶集中度高，粘性強：公司與國內主流通信和信息技術廠商等建立了長期、穩(wěn) 定的合作伙伴關系。2020-2022 年公司前五大客戶相對穩(wěn)定，收入占比分別為 56.65% /68.87%/74.97%，集中度逐漸提高，其中邁普通信+中電港（實控人：中國電子）、蘇州斯 維通、武漢藍途始終為公司前五大客戶，占比較高，份額較為穩(wěn)定。公司高端產(chǎn)品 TsingMa.MX 系列的主要客戶包括中電港（主要終端客戶為新華三）、斯維通（主要終端 客戶為銳捷網(wǎng)絡）、邁普通信等。
財務狀況速覽：營業(yè)收入大幅上漲，在 2019-2022 年間，盛科通信積極開展業(yè)務、擴 大市場份額，營業(yè)收入高速增長，從 1.92 億元上升至 7.68 億元，2023 年前三季度營收 8.77 億元，同比+58.72%。凈利潤扭虧為盈：公司所處的集成電路為技術密集型行業(yè)，盛 科通信為保持產(chǎn)品競爭力，前期研發(fā)投入較高，2023 年前三季度扭虧為盈，盈利 0.43 億 元。
自研芯片：中興通訊十年磨劍，初露鋒芒
中興通訊是全球領先的綜合通信信息解決方案提供商，成立于 1985 年，致力于為全球電信運營商、政企客戶及個人消費者提供創(chuàng)新的技術與產(chǎn)品 解決方案。堅持長期投入，掌控底層核心技術。中興通訊最早于上世紀 90 年代開啟芯片自研之 路，之后于 2003 年成立全資子公司中興微電子，主要負責通信核心技術的研發(fā)。在芯片 領域，公司具有近 30 年研發(fā)積累，通過在無線網(wǎng)、有線網(wǎng)、數(shù)通設備等領域持續(xù)推動核 心芯片自研，構建全棧算網(wǎng)底座。2008 年中興通訊啟動交換網(wǎng)芯片的自研并于 2011 年成 功推出第一代自研交換網(wǎng)套片，并迅速在路由器等產(chǎn)品上成功應用。隨后的幾年，中興通訊持續(xù)改進交換網(wǎng)技術，緊跟工藝革新的節(jié)奏，以 3 年一代的速度進行交換網(wǎng)芯片的更新 換代，以最快的速度，和客戶共享工藝紅利。2018 年中興通訊推出交換容量 9Tbps 的第 四代自研交換網(wǎng)芯片，達到業(yè)界一流水平。2020 年，中興通訊啟動第五代自研交換網(wǎng)芯 片的研發(fā)。
當前，中興通訊打造新一代基于自主研發(fā)核心器件和軟件平臺的交換機。公司的 ZXR10 9900X 系列核心交換機，具備大容量、高性能、高可靠的性能特點，面向云計算 虛擬化的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡，提供超大的交換容量和高密度的 10GE、40GE、100GE 接口。此外，公司的交換機如 ZXR10 S600E 搭載了 CLOS 架構交換芯片，實現(xiàn)無阻塞信元交換 和快速、靈活業(yè)務適配能力，同時系統(tǒng)提供高密度全線速的千兆、萬兆、100GE 端口業(yè)務 板卡，從而滿足用戶多層次的鏈路帶寬需求。
財務情況速覽：2018~2022 年中興通訊財務狀況良好，營收穩(wěn)健增長，分別為 855/907 /1015/1145/1230 億元；2018 年經(jīng)歷美國制裁風波后凈利潤迅速實現(xiàn)扭虧為盈，最近三年 歸母凈利潤分別為 43/68/81 億元。
審核編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
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