新一代信息技术：以太网交换芯片专题报告.docx

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1、新代信息技术：以太网交换芯片专题报告交换芯片详解：交换机核心部件，承担转发功能交换机：数字经济核心底座交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备，通过为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路，从而转发数据包。当交换机接收到一个数据包时，它会读取数据包的目标MAC地址，然后将数据包转发到目标设备的端口上。目前业内主流交换机为以太网交换机。交换机的主要应用场景包括：数据中心网络、工业互联网等各类网络环境，是我国数字经济网络的重要基建。随着我国十四五”规划纲要从现代化、数字化、绿色化方面对加快新型网络基建提出了方针指引，我们认为未来以交换机等网络设施为代表的数字基础设施将持续受益于我国数字

2、经济发展。交换芯片：交换机核心部件，承担数据转发功能交换机内部硬件包含PCB板、主芯片、辅助芯片、存储器件、散热器、电源模块、接口/端口子系统等，其中主芯片包括交换芯片、PUY芯片、CPU,辅助芯片则包括其他数字芯片、电源芯片、信号链芯片等。交换机的信号转发主要通过主芯片完成：外部模拟信号通过线缆接入交换机端口，在内部CPU的指令调度下，由PHY（物理层）芯片将模拟信号转化为数字信号并将传输给交换芯片，之后由交换芯片进行数字信号的安检、调度及转发，最后再次由PHY芯片将信号转化为模拟信号，通过端口输出。其余辅助芯片及器件则主要支持零部件之间的连接、信号转发所需的电力能量、散热等。以太网交换芯片

3、承担交换机核心转发功能，决定核心性能指标。交换芯片专门用于数据包的预处理以及转发，其通过专用的PClE线与CPU相连，接收中央处理器的调用指令，完成数据转发。交换机的主要功能是提供子网内的高性能交换、低延时交换，因此直接决定了整机的交换容量、端口速率等重要性能指标。图4：典型盒式交换机内部架构图解Management Interface PHYBCM56850,*,Jericho三大系列交换芯片，分别应用于高、中、低端场景需求，主要发展高端产品线，主要应用于数据中心网络和运营商网络，在高端领域占据较高市场份额。Tomahawk系列具有带宽较高,适用于超大规模数据中心，产品以2年为周期不断迭代升

4、级；Trident系列具有多功能特点，带宽相较Tomahawk稍低，多用于企业和云；Jericho系列带宽较低，主要面向服务提供商。2022年8月博通发布了Tomahawk5系列网络芯片，这是市面上首个可量产的51.2Tbps带宽的交换芯片，主要针对超大规模企业和云构建者商用交换机和路由器芯片市场。TOmahaWk5带宽达到51.2T,可支撑64个800G的端口或128个400G端口，数据交换性能是Tomahawk4的两倍。Tomahawk5采用5nm制程，可以支持传统的可插拔光模块，也可以选择CPO（光电共封装技术）来减少光模块和交换芯片间的距离，提高传输效率。Marvell：交换芯片领先公

5、司主打Teralynx、Prestera两条旗舰产品线，Prestera面向企业与边缘数据中心市场，TeralynX则面向云端数据中心。2021年10月公司收购Innovium,其主营业务为面向数据中心的以太网生产交换机ASIC,该收购助力Marvell补充其数据中心产品组合，为其云客户提供服务，进一步加强公司在网络交换芯片领域的优势。Marvell同样于2023年3月推出了一款号称业界延迟最低”的可编程交换机芯片Teralynx10。这是一款专为800G时代设计的51.2Tbps交换机芯片，专门解决运营商超高带宽的问题，可应用于数据中心网络中的叶脊交换机，满足高性能计算的需求。Teralyn

6、X10单芯片尺寸为93X93mm,输入/输出数量为8855,并使用业界最新LowDk/Df材料设计PCB板材。英伟达：加快交换机研发，适配AI需求英伟达在交换机领域同时布局Ethernet和InfiniBand两大技术方案。公司针对IB方案推出NvidiaQuantum交换机产品，可提供海量吞吐以及出色的网络计算能力，面向高性能计算、Al等场景，其中高端QM9700系列交换容量达到51.2T,单端口容量达到400G；针对以太网方案，Nvidia于2022年春季发布会推出了Spectrum-X以太网交换平台，其中核心组成Spectrum-4交换机可为大规模云计算、企业人工智能、模拟仿真提供性能更

7、优化的端到端以太网网络平台，实现大规模、高性能、模拟仿真功能，完美契合数据中心需求。Spectrum-4交换机搭载的交换芯片容量51.2Tbps,端口速率800G,专门为AI设计研发，该芯片基于4nm制程工艺，内部含有超过100亿个晶体管以及简化的收发器设计，功率约为500WGoldenGate（交换容量1.2Tbps）等系列，且均已导入国内主流网络设备商并实现规模量产。目前公司的面向超大数据中心的高性能交换产品Arctic系列尚在试生产阶段，最高交换容量达到25.6Tbps,我们预计将在2024-2025年推出。行业趋势：AI驱动交换芯片高速化，国产替代加速AI驱动高速率交换芯片逐渐成为主流

8、近年来AK云计算等技术产业的发展，驱动相关行业数据量快速增长的同时，对于通信网络提出了新的挑战。AI模型通常是采用分布式训练的方式进行计算，分布式训练需要多台主机之间同步参数、梯度，以及中间变量。对于大模型，单次的参数同步量一般都在百MBGB的量级，参数量巨大。考虑到大模型巨大的数据量，除了高带宽”，大模型训练还对于网络提出了“低延时”的需求。大模型训练一般会将数据并行、流水线并行、张量并行等多种并行模式混合使用，以充分利用集群的算力。然而所有的并行模式都会涉及AllRedUCe”集合通信。多个AllRedUCe需要完成每一个点对点通信，因此集合通信存在“木桶效应”，完成时间由其中最慢的一段通

9、信时间决定。任何一条链路的负载出现不均匀的情况，都会导致网络拥塞，大幅增加时延，严重影响训练效率。图32：大模型训练网络要求低时延、大带宽GPUO梯度更新4反向计W大81的变化ZELOPsitttIGPT-3:314ZFLOPs大烷模参数175BM储存墙卡现存80G8.放不下AlOo力 312TFLOPS箕力墙前向计IiTrainingDataRDMA时延更低并提供更高带宽，成为破局关键技术。传统TCP网络因为主机侧协议栈开销大，无法充分利用网络带宽。RDMA通信技术通过网卡硬件实现通信控制，绕过了主机侧协议栈，让一台主机可以直接访问另外一台主机的内存，可以将用户应用数据直接传入服务器存储区，

10、因此既避免了协议栈内存拷贝，又节约了CPU的开销。RDMA通信相比TCP可降低通信时延，且数据吞吐量更大，契合大模型GPU训练的场景。目前实现RDMA技术主要有InfiniBand和RoCEv2两种方案，均可显著降低端到端时延。RDMA技术带来的高带宽驱动交换机高速化。RDMA技术让一台主机可以直接访问另外一台主机的内存，消除了外部存储器复制和上下文切换的开销，因而能解放内存带宽，使单位时间内网络可传输的数据量大幅增加。更多可传输的数据量推动了业界对于交换机高速化”的需求，例如新华三推出了支持RoCE的以太网交换机，交换机的端口从100G向着400G演进。高速率交换机出货量逐步上升。根据IDC

11、的数据，全球及中国交换机市场中，速率100M以下的低速率端口将在2024年后逐步退出市场，千兆端口依旧为市场主流，而IOG以上速率端口出货量将逐步上升。高速率交换芯片需求激增：交换芯片直接决定整机的交换容量、端口速率等核心性能指标，高速化”的市场需求趋势与交换机相似。中国商用交换芯片市场中，10OG及以上的以太网交换芯片需求逐渐增多。根据灼识咨询的数据，预计至2025年，100G及以上的中国商用以太网交换芯片市场规模将大幅增长，占比将分别达到44.2%oUEC成立，多家巨头拥抱开放式以太网随着AI和高性能计算工作负载的快速发展，传统以太网在提供智算网络互连上存在较多的局限性，而目前超级计算领域

12、主流之一的Infiniband技术，因为历史演进原因变成封闭技术，无法充分利用当前繁荣的以太网生态。因此以太网技术的进一步演进成为必然。2023年7月，由LinUX基金会主办的超以太网联盟（UltraEthernetConsortium,UEC）正式成立，旨在超越现有的以太网功能。UEC的创始成员包括AMDsArista博通、思科、EViden、HPE、InteKMeta和微软，都拥有数十年的网络、人工智能、云和高性能计算大规模部署经验。2023年11月21日，超以太网联盟迎来新成员，包括阿里云、百度、字节跳动、戴尔、华为、JUniPerNetworksMarvells新华三、诺基亚、腾讯等2

13、7家公司。UEC致力于打造一个与超级计算互连一样高性能、与以太网一样普遍且经济高效、与云数据中心一样可扩展的新以太网。UEC基于当前以太网的开放、可互操作、高性能的通信架构，提供针对高性能计算和人工智能进行优化的高性能、分布式和无损的传输层协议，满足HPC和AI分布式计算的高带宽和低延迟需求，提供最佳网络利用率。预计UEC未来将会从四个纬度进行现有以太网技术的演进开发。（1）物理层：制定增强以太网物理层、底层介质和物理层客户端（链路层）的性能、延迟和管理的规范。（2）链路层：开发增强以太网链路层性能、延迟和管理的规范。（3）传输层：制定AI/HPC传输规范，增强以太网的吞吐量、延迟、可扩展性和

14、管理。（4）软件层：为各种IHPC用例或应用程序开发规范和/或软件API和/或开源代码。范围包括但不限于：远程内存访问优化、网络计算(INC)以及安全、管理和存储。2023年8月，在IEEEHotInterconnects(HOTI,关注先进的硬件和软件架构、各种互连网络实现)国际论坛上，Intel、NVidia、AMD等巨头进行了EtherNETorEtherNOT,的讨论，多家厂商坚定看好以太网方案。我们认为在未来很长一段时间内，以太网凭借其通用性及开放性，仍会占据市场主导地位。英特尔看好以太网的开放性”英特尔高级研究员、网络和边缘组首席硬件架构师BradBurres在2023HOTI会议

15、的讨论中明显偏向于EtherNEToBradBurres认为，无论采用何种技术，都需要一个开放的生态系统来降低整个行业的成本，并实现所需的软件基础设施。而随着协议的成熟，除非另一个开放的标准结构立即出现，否则以太网将成为赢家。AMD认为“Ethernetistheanswer”与英特尔相似，AMD同样更看好以太网方案。AMD数据中心GPU系统架构师FrankHelms在2023HOTI会议上列举了全球超级计算机T0P500榜单中第一名Frontier第二名Aurora和第五名LUMI,它们都基于以太网的HPECraySlingshot-11网络结构进行连接。AMD坚信Ethernetisthe

16、answerho2023年12月7日，AdvancingAI发布会在美国加州圣何塞举行，会上AMD正式发布了其最新一代AI产品MI300A与MI300X,直接对标英伟达之前推出的HlOOo此外AMD发言称Ethernetistheanswer,坚信以太网拥有更好的性能以及更好的大规模集群能力，在网络开放性上远胜其他方案。Oracle全面拥抱以太网Oracle坚决使用以太网而非IB。Oracle云基础设施(OCI)利用NvidiaGPU和ConnectXNIC构建基于R0CEv2RDMA的超级集群。OCl构建了一个独立的RDMA网络，并针对AI和HPC工作负载进行了微调的自定义配置文件。交换芯片

17、国产替代加速我们看好在数字经济政策不断落地、AI产业爆发的背景下，国产厂商进一步抢占以太网交换芯片的市场份额，加速国产替代。主要逻辑如下：(1)国内交换芯片厂商均为以太网组网路线，契合国内主要需求。目前业内交换机主要分为以太网交换机和IB交换机两种。以太网组网诞生伊始仅仅是为了追求夏威夷群岛上多系统的信息互通，其优势在于考虑到lossy有损网络的丢包情况，容错率更高；但同时这种允许丢包的lossy机制难以支持超算数据中心。而IB组网最初就是为了消除UPC场景下集群数据传输的瓶颈，用的是端到端的lossless的无损方案，更加适合如今的超算中心；但其网络部署成本高于以太网且应用场景的通用性较低。

18、上世纪90年代起IB与以太网就已经开始互相竞争，最终以太网凭借着通用性和灵活性成为市场的主导，到2019年英伟达收购Mellanox之时，MelIanox就本已经是市面上仅剩的InfiniBand通讯产品主要供应商了。目前仅有部分海外云厂商布局IB交换机，以英伟达为主导；而思科、arista等交换机巨头自建立之初便坚定聚焦以太网方案。国内厂商则由于以太网交换机的通用性较高及成本相对较低，聚焦于以太网交换机。国产厂商如盛科通信等均生产以太网交换芯片，因此本土产品与国内需求相契合。（2）本土厂商主导交换机市场，供应链安全可控需求迫在眉睫。与交换芯片的海外巨头垄断格局不同，我国交换机市场中本土厂商市

19、占率较高。根据IDC数据统计，2022年中国交换机市场由华为、新华三、锐捷、思科、中兴通讯等龙头厂商占据90%以上的主要份额。华为、思科、中兴通讯以自研芯片为主，其中中兴通讯较早成立中兴微电子启动自研之路，不断加大自研投入和比例，于2011年推出第一代自研交换网套片，目前已完成最新一代交换套片S2SF2的研发，进一步夯实数据产品发展的基石；而新华三、锐捷网络产品所用交换芯片均以外采为主o根据锐捷网络招股书，锐捷网络在20192022Hl期间，接入交换机、汇聚交换机大约50%使用国产芯片，核心交换机芯片则基本以国外厂商供应为主。交换机作为我国企业网、数据中心等各类网络环境中的核心设备，其质量性能

20、及可靠程度直接影响整体网络环境的安全性，因此整机厂商选择自主可控的国产零部件供应商成为重中之重。我们认为未来国产交换机厂商将逐渐加速导入本土交换芯片，确保下游网络应用的安全可控。图44：2022中国市场交换机份额华为新华三锐捷思科中兴通讯深信服科技其他（3）我国网络芯片自给率仍需进一步提升。我国作为全球核心的半导体芯片消费国家，芯片对外依存度高，高端芯片严重依赖进口，芯片自给率较低。根据ICinsights的数据显示，2015年以来我国芯片自给率从15.9%提升至17%,但总体仍处于较低水平；同时根据前瞻产业研究院的测算显示，2019年我国核心网络设备芯片自给率低于20%,仍需进一步提升。综上

21、所述，我们认为目前市占率较低的国产厂商有望进一步抢占市场份额，加速国产替代。建议关注自研、商用两条主线，推荐近年来产品突破较快的行业龙头。商用芯片：盛科通信多款芯片量产，25.6T交换芯片在研盛科通信是国内以太网交换芯片龙头，主营业务为以太网交换芯片及配套产品的研发、设计和销售。公司创立于2005年，于2019年进入高速成长期，并于2023年9月成功上市。目前公司为国内唯一能够量产以太网交换芯片的上市公司，多款产品获得中国电子学会国际先进、部分国际领先“科技成果鉴定，为我国数字化网络建设提供了丰富的芯片解决方案。公司主打以太网交换芯片产品，交换机、解决方案为辅。公司治理：中国电子控股，核心技术

22、团队经验丰富。中国电子直接持有公司7.41%股份，并通过其全资子公司持有中国振华54.08%的股权；中国振华持有盛科21.26%的股份，因此中国电子合计控股约20.5%,为公司第一大股东。公司具备经验丰富的高层次人才梯队，涵盖了技术研发、市场销售、生产运营、财务管理等各个方面。总经理孙剑勇本科毕业于清华大学电机系，研究生毕业于美国德克萨斯州大学机电系，曾任美国思科高级工程师；副总经理郑晓阳毕业于浙江大学电机系、美国CLEMSON大学电机系，曾任美国思科高级工程师。截至2022年12月31日，公司460名员工中研发人员达到341名，占比74.13%。研发人员中有158名拥有硕士及以上学历福公司拥

23、有由多名行业内专家组成的核心技术团队，核心技术人员均拥有15年以上集成电路设计经验。稳步推进芯片研发，积极拓展商用场景：公司的以太网交换芯片主要覆盖IOoGbPS2.4Tbps交换容量及100M400G的端口速率。中端产品方面，公司于2015年推出GoldenGate系列，交换容量1.2Tbps,交换容量、端口能力、特性均处于推出时国际先进水平。2019年推出的TsingMa系列已处于量产阶段，交换容量领先于中等密度IOG级别竞品，特性、本土化需求多个维度均具备较强优势，在5G承载接入、数据中心管理交换机等新兴领域实现广泛应用。数据中心网络方面，目前产品仅覆盖中小规模数据中心，12.8Tbps

24、及以上交换容量面向超大规模数据中心的高性能交换产品尚在研发阶段，路由交换融合产品仍在布局阶段。目前公司正积极拓宽产品矩阵，未来有望在高中低端产品实现全方位覆盖。在研高端产品对标全球龙头：公司以太网交换芯片产品中，TsingMa.MX系列交换容量达到2.4Tbps,支持400G端口速率，支持5G承载特性和数据中心特性。GoldenGate系列芯片交换容量达到1.2Tbps,支持100G端口速率，支持可视化和无损网络特性。TsingMa系列芯片集成高性能CPU,为企业提供安全、可靠的网络，并面向边缘计算提供可编程隧道、安全互联等特性。公司预计2024年推出Arctic系列，交换容量最高达到25.6

25、Tbps,支持最大端口速率800G,面向超大规模数据中心。目前，行业领先厂商博通、MarVeII面向超大规模数据中心的以太网交换芯片的交换容量已达到51.2Tbps,最大端口速率达到1600G.优质客户集中度高，粘性强：公司与国内主流通信和信息技术厂商等建立了长期、稳定的合作伙伴关系。2020-2022年公司前五大客户相对稳定，收入占比分别为56.65%68.87%74.97%,集中度逐渐提高，其中迈普通信+中电港（实控人：中国电子）、苏州斯维通、武汉蓝途始终为公司前五大客户，占比较高，份额较为稳定。公司高端产品TsingMa.MX系列的主要客户包括中电港（主要终端客户为新华三）、斯维通（主要

26、终端客户为锐捷网络）、迈普通信等。财务状况速览：营业收入大幅上涨，在2019-2022年间，盛科通信积极开展业务、扩大市场份额，营业收入高速增长，从1.92亿元上升至7.68亿元,2023年前三季度营收8.77亿元，同比+58.72%。净利润扭亏为盈：公司所处的集成电路为技术密集型行业，盛科通信为保持产品竞争力，前期研发投入较高，2023年前三季度扭亏为盈，盈利0.43亿元。图51：营收高速增长（亿元）营收yoy80.00%70.00%60.00%50.00%40.00%30.00%20.00%10.00%0.00%自研芯片：中兴通讯十年磨剑，初露锋芒中兴通讯是全球领先的综合通信信息解决方案提

27、供商，成立于1985年，致力于为全球电信运营商、政企客户及个人消费者提供创新的技术与产品解决方案。坚持长期投入，掌控底层核心技术。中兴通讯最早于上世纪90年代开启芯片自研之路，之后于2003年成立全资子公司中兴微电子，主要负责通信核心技术的研发。在芯片领域，公司具有近30年研发积累，通过在无线网、有线网、数通设备等领域持续推动核心芯片自研，构建全栈算网底座。2008年中兴通讯启动交换网芯片的自研并于2011年成功推出第一代自研交换网套片，并迅速在路由器等产品上成功应用。随后的几年，中兴通讯持续改进交换网技术，紧跟工艺革新的节奏，以3年一代的速度进行交换网芯片的更新换代，以最快的速度，和客户共享

28、工艺红利。2018年中兴通讯推出交换容量9Tbps的第四代自研交换网芯片，达到业界一流水平。2020年，中兴通讯启动第五代自研交换网芯片的研发。当前，中兴通讯打造新一代基于自主研发核心器件和软件平台的交换机。公司的ZXRlO9900X系列核心交换机，具备大容量、高性能、高可靠的性能特点，面向云计算虚拟化的数据中心网络，提供超大的交换容量和高密度的10GE、40GE.100GE接口。此外，公司的交换机如ZXRlOS600E搭载了CLOS架构交换芯片，实现无阻塞信元交换和快速、灵活业务适配能力，同时系统提供高密度全线速的千兆、万兆、100GE端口业务板卡，从而满足用户多层次的链路带宽需求。财务情况速览：20182022年中兴通讯财务状况良好，营收稳健增长，分别为855/907/1015/1145/1230亿元；2018年经历美国制裁风波后净利润迅速实现扭亏为盈，最近三年归母净利润分别为43/68/81亿元。