AI时代交换机产业发展报告 ( 47 页)

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目 录

1、 交换机：AI 时代的核心网络通信设备 ....... 5

1.1、 交换机工作在数据链路或网络层，负责电/光信号转发 ..... 6

1.2、 交换芯片为核心部件，框式、盒式交换机各司其职 ...... 9

2、 交换机变革1：AI 驱动组网架构变革，新增后端组网需求....... 13

2.1、 RDMA 技术被广泛应用于AI 智算中心组网，IB 与以太网分庭抗礼 .... 13

2.2、 AI/ML 后端市场快速增长，拉动交换机和网卡需求 ....... 20

2.3、 未来组网架构—Scale up 和Scale out 的探讨 .... 24

3、 交换机变革2：800G 交换机开始放量，102.4T 交换芯片有望推出...... 26

3.1、 AI 大幅提升算力需求，驱动以太网交换机需求增长....... 26

3.2、 交换芯片不断升级，102.4T 芯片有望于2025 年底推出 ..... 31

3.3、 AI 拉动高速交换机需求，全球800G 交换机开始放量 .... 33

4、 交换机变革3：交换机白盒化趋势显著，带来新成长机遇 .... 35

5、 交换机变革4：光交换机逐渐成熟，光电融合组网落地大模型训练 .... 38

6、 投资建议及交换机相关企业介绍 ...... 40

6.1、 盛科通信：稀缺的国产商用交换机芯片龙头 .... 41

6.2、 紫光股份：国内交换机排头兵，率先布局1.6T 端口、800G CPO 交换机 .... 42

6.3、 中兴通讯：核心芯片自研，400G 交换机全场景布局 ...... 42

6.4、 锐捷网络：中标多个头部互联网客户项目，受益于白盒化浪潮 .... 43

6.5、 共进股份：800G 交换机陆续交付，突破多个海外客户 ...... 44

6.6、 菲菱科思：发力中高端产品，国内领先ODM/OEM 厂商 ...... 44

7、 风险提示 ...... 45

图表目录

图1： 交换机种类较多 ....... 6

图2： 交换机主要工作在OSI 模型中的数据链路和网络层 ....... 7

图3： 光信号通过端口进入交换机内部通过PHY、MAC 层后进行转发 ..... 8

图4： 美满12.8T 芯片白盒交换机内部构成图 .... 9

图5： 信号在交换机中传递过程示意图 ....... 9

图6： 以太网交换芯片报文处理架构 ..... 10

图7： 典型以太网交换芯片架构 ..... 10

图8： 博通Trident 5 交换芯片架构 ..... 10

图9： 框式交换机构造 ..... 11

图10： 盒式交换机示意图 ....... 11

图11： 框式交换网板示意图 ....... 11

图12： 框式业务接口板示意图 ....... 11

图13： 框式交换机逻辑结构示意图 ....... 11

图14： 框式交换机正交架构信号传输轨迹.... 11

图15： 园区、企业、工业场景网络组网架构.... 13

图16： 智算中心网络以东西流量为主 ....... 14

图17： 传统数据中心三层组网架构转向Spine-Leaf 架构 .... 14

图18： AI 模型持续迭代 ...... 14

图19： AI 模型训练所需算力持续增长 ...... 14

图20： 网络带宽越高，训练时间越少 ....... 15

图21： 分布式全局加速取决于加速比 ....... 15

图22： 集群规模与算力比率示意图 ....... 15

图23： AI 集群组网可分为前端（Front End）和后端网络（Back End） ....... 16

图24： 前后端网络组网均来带来大量交换机需求 .... 16

图25： RDMA 通信时延更低 ...... 16

图26： RDMA 协议栈 ...... 17

图27： IB 在性能和功能上更优，RoCEv2 生态丰富具备成本优势 .... 18

图28： 以太网RDMA 网络市场占比有望持续提升 ...... 18

图29： HPC 集群中IB 和以太网网络为主流方案 ..... 18

图30： 多方助力UEC 发展 ..... 19

图31： GSE（全调度以太网网络）分层架构 .... 19

图32： ETH+实现高载荷比、低时延的开放以太网 ...... 19

图33： AI 服务器网络组网架构 ...... 20

图34： RDMA 市场中交换机需求快速增长....... 20

图35： AI 集群组网中计算和存储网络速率较高，管理和业务网络速率较低 ....... 20

图36： 主流三种智算网络架构适用不同场景.... 21

图37： Spine-Leaf 两层架构组网 ..... 22

图38： Fat-Tree 三层架构组网 ..... 22

图39： DGX B200 网络端口示意图 .... 22

图40： DGX B200 127 节点计算网络组网架构 ..... 22

图41： 算力集群拓展方向Scale up + Scale out ...... 24

图42： Scale up——更多GPU 互联 .... 25

图43： Scale out——更多节点互联 ..... 25

图44： 数据中心以太网接口带宽向800G、1.6T 发展 ..... 26

图45： 工业自动化和汽车场景以太网速率较低，运营商和云计算网络以太网速率需求较高 .... 27

图46： 交换机产业链涉及厂商众多 ....... 27

图47： 芯片类在以太网交换设备的成本占比最大 .... 28

图48： 预计全球以太网交换设备市场2020-2025 年复合增速为3.2% ....... 28

图49： 预计国内以太网交换设备市场2020-2025 年复合增速为10.8% ..... 28

图50： 数据中心以太网交换机下游客户主要是云厂商和大型企业，园区交换机客户主要为中大型企业 .... 29

图51： 2022 年国内数据中心交换机占比接近一半 ....... 29

图52： 2021 年国内交换机制造以品牌商为主....... 29

图53： 全球生成式AI 数据中心以太网交换机市场规模有望快速增长 ...... 30

图54： 2023 年全球以太网市场份额较为集中....... 30

图55： 三种方式提升互联速率 ....... 31

图56： 通道速率向224Gbps 提升 ....... 31

图57： 交换芯片迭代周期约为2 年 ....... 31

图58： 美满Teralynx10 51.2T 芯片支持32 个1.6T 端口 ...... 32

图59： 新华三首发1.6T 端口智算交换机 ...... 32

图60： 英伟达多芯片盒式交换机包含72 个1.6T OSFP 端口 ...... 32

图61： 2023 年全球以太网交换机市场持续增长 ....... 33

图62： 2024 年800G 端口交换机有望加速放量 .... 33

图63： AI 后端网络速率有望加速迭代 ...... 33

图64： 2023 年国内数据中心交换机市场持续增长 ....... 34

图65： 2023Q1 国内新华三、华为、锐捷网络份额靠前 ...... 34

图66： 白盒交换机在过去30 年间加速发展...... 35

图67： 白盒交换机硬件与软件解耦 ....... 36

图68： 白盒交换机产业生态较为完善 ....... 36

图69： SONIC 软件系统结构图 ...... 37

图70： SONiC 参与厂商众多....... 37

图71： 2021 年白盒交换机端口出货份额占比10% ...... 37

图72： 2022 年白盒交换机端口出货份额占比14% ...... 37

图73： 谷歌阿波罗架构核心层采用OCS 交换机 ...... 39

图74： Coherent 和光迅科技推出商用OCS 产品 ...... 39

图75： 交换机行业重要上市公司 ....... 40

图76： 盛科通信产品包括交换芯片/模组、操作系统和交换机 ....... 41

图77： 新华三数据中心交换机最大支持51.2 万卡组网 ....... 42

图78： 2023 年首发800G CPO 交换机 ....... 42

图79： 中兴400G 框式及盒式交换机..... 43

图80： 锐捷网络数据中心交换机产品矩阵.... 43

图81： 锐捷网络推出AI-Fabric 三级多轨网络架构 ...... 43

图82： 共进股份推出数据中心交换机产品.... 44

图83： 菲菱科思推出12.8T 交换机 .... 44

表1： 以太网设备发展阶段 ....... 7

表2： 交换机应用场景广泛 ....... 8

表3： 框式、盒式交换机各司其职，满足不同场景需求 ...... 12

表4： 框式交换机向零背板架构发展 ..... 12

表5： 两层与三层无收敛组网的GPU 最大节点数量 .... 22

表6： B200 组网服务器与交换机对应关系 .... 23

表7： WDM/MEMS 方案商用程度较好 ..... 38

表8： 交换机行业受益标的估值表 ..... 41