高速率交換芯片需求激增

千億參數(shù)大模型的分布式訓(xùn)練依賴高速率、低延時(shí)的交換網(wǎng)絡(luò)，RDMA技術(shù)憑借繞過操作系統(tǒng)內(nèi)核，讓一臺(tái)主機(jī)可以直接訪問另外一臺(tái)主機(jī)內(nèi)存的能力，成為降低多機(jī)多卡間端到端通信時(shí)延的關(guān)鍵技術(shù)。

當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)RDMA的方式主要靠InfiniBand(英偉達(dá)主導(dǎo))和ROCEv2(以太網(wǎng)交換芯片龍頭主導(dǎo))兩種，兩種技術(shù)方案均對(duì)高速率交換芯片提出更高要求。

交換芯片最高轉(zhuǎn)發(fā)速率達(dá)51.2T，支持64個(gè)800G 速率端口，我們預(yù)計(jì)高速率交換芯片占比將持續(xù)提升。

根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)，全球及中國(guó)交換機(jī)市場(chǎng)中，速率100M以下的低速率端口將在 2024年后逐步退出市場(chǎng)，千兆端口依舊為市場(chǎng)主流，而 10G以上速率端口出貨量將逐步上升。

交換芯片直接決定整機(jī)的交換容量、端口速率等核心性能指標(biāo)，“高速化”的市場(chǎng)需求趨勢(shì)與交換機(jī)相似。

中國(guó)商用交換芯片市場(chǎng)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(shí)咨詢的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)至2025年100G及以上的中國(guó)商用以太網(wǎng)交換芯片市場(chǎng)規(guī)模將大幅增長(zhǎng)，占比將分別達(dá)到44.2%。

“UEC”成立，多家巨頭擁抱開放式以太網(wǎng)

2023年7月，由Linux基金會(huì)主辦的超以太網(wǎng)聯(lián)盟(簡(jiǎn)稱UEC)正式成立，意在超越現(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(luò)、人工智能、云和高性能計(jì)算大規(guī)模部署經(jīng)驗(yàn)。

將打造一個(gè)與超級(jí)計(jì)算互連一樣高性能、與以太網(wǎng)一樣普遍且經(jīng)濟(jì)高效與云數(shù)據(jù)中心一樣可擴(kuò)展的“新以太網(wǎng)”。

UEC基于當(dāng)前以太網(wǎng)的開放、可互操作、高性能的通信架構(gòu)，提供針對(duì)高性能計(jì)算和人工智能進(jìn)行優(yōu)化的高性能、分布式和無(wú)損的傳輸層協(xié)議，滿足HPC和AI分布式計(jì)算的高帶寬和低延遲需求，提供最佳網(wǎng)絡(luò)利用率。

海外龍頭布局及國(guó)內(nèi)企業(yè)追趕

海外龍頭如博通、Marvel、思科等較早開啟交換芯片的布局，國(guó)產(chǎn)企業(yè)如盛科通信相較于行業(yè)全球龍頭仍有差距，暫時(shí)落后于行業(yè)龍頭。

博通是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(yīng)用于高、中、低端場(chǎng)景需求，主要發(fā)展高端產(chǎn)品線，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，在高端領(lǐng)域占據(jù)較高市場(chǎng)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年為周期不斷選代升級(jí)；Trident系列具有多功能特點(diǎn)，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(wù)提供商。

Marvell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(chǎng)，Teralynx則面向云端數(shù)據(jù)中心。

2021年10月公司收購(gòu)Innovium，其主營(yíng)業(yè)務(wù)為面向數(shù)據(jù)中心的以太網(wǎng)生產(chǎn)交換機(jī)ASIC，該收購(gòu)助力Marvel補(bǔ)充其數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品組合為其云客戶提供服務(wù)，進(jìn)一步加強(qiáng)公司在網(wǎng)絡(luò)交換芯片領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。

英偉達(dá)在交換機(jī)領(lǐng)域同時(shí)布局Ethernet和InfiniBand兩大技術(shù)方案。公司針對(duì)IB方案推出 Nvidia Quantum交換機(jī)產(chǎn)品，可提供海量吞吐以及出色的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力，面向高性能計(jì)算、AI等場(chǎng)景，其中高端QM9700系列交換容量達(dá)到51.2T，單端口容量達(dá)到400G。

針對(duì)以太網(wǎng)方案，Nvidia于2022年春季發(fā)布會(huì)推出了Spectrum-X以太網(wǎng)交換平臺(tái)，其中核心組成Spectrum-4交換機(jī)可為大規(guī)模云計(jì)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(luò)平臺(tái)，實(shí)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。

思科是交換機(jī)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(gòu)半導(dǎo)體公司StratumOne Communications，之后于2023年6月推出了用于A超級(jí)計(jì)算機(jī)的 SiliconOne G200/G202 系列網(wǎng)絡(luò)芯片G200。

G200交換容量51.2Tbps，端口達(dá)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(qiáng)，且具有可編程特性大大增加了使用場(chǎng)景的靈活性。

盛科通信是國(guó)內(nèi)商用交換芯片龍頭，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(luò)、運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)得到了規(guī)模應(yīng)用。

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，盛科通信已推出交換容量2.4Tbps、交換容量 1.2Tbps等系列，且均已導(dǎo)入國(guó)內(nèi)主流網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商并實(shí)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(dá)到 25.6Tbps，預(yù)計(jì)將在2024-2025年推出。

市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)，商用與自研齊頭并進(jìn)

以太網(wǎng)交換芯片按照市場(chǎng)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(jī)從而構(gòu)筑傳輸網(wǎng)絡(luò)，作為公司數(shù)通業(yè)務(wù)的基石，基本不對(duì)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(chǎng)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(duì)應(yīng)交換機(jī)配套推進(jìn)研發(fā)，針對(duì)性及品牌差異化較強(qiáng)，而通用性及靈活性則遜于商用交換芯片。

同時(shí)自研芯片雖在市場(chǎng)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(biāo)往往領(lǐng)先于大規(guī)模商用公開芯片，對(duì)應(yīng)的整機(jī)產(chǎn)品在公開發(fā)布后，對(duì)市場(chǎng)在技術(shù)方案上有一定指導(dǎo)意義。

因此自研、商用兩大方向未來將長(zhǎng)期共存于整體市場(chǎng)，且互為補(bǔ)充。

結(jié)尾：

交換芯片長(zhǎng)期被博通、Marvell、思科等海外巨頭壟斷，但隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)政策持續(xù)落地、AI加速爆發(fā)、國(guó)產(chǎn)化不斷推進(jìn)，本土廠商有望加速突破，進(jìn)一步搶占以太網(wǎng)交換芯片的市場(chǎng)份額，建議關(guān)注交換芯片國(guó)產(chǎn)替代機(jī)遇。