網(wǎng)絡(luò)芯片哪家強(qiáng)？專業(yè)科普：原來這個領(lǐng)域要比你想的更復(fù)雜！

網(wǎng)絡(luò)芯片哪家強(qiáng)？啟哥科普來幫忙！

網(wǎng)絡(luò)芯片這個概念，很多人看起來會覺得依稀平常，但其實都誤解了，它其實是個大類，不同的領(lǐng)域，不同設(shè)備上，不同的應(yīng)用場景，不同的通信方式，不同的互聯(lián)協(xié)議，以及不同的下游客戶，所謂的網(wǎng)絡(luò)芯片概念都是不同的！但是由于這個概念非常常見且容易理解，以致于很多人甚至專業(yè)的投資機(jī)構(gòu)都不覺得它很高精尖。

今天就打開了聊，徹底把這玩意兒給說清楚。

首先講一個十多年前的灑家的真實故事。

十多年前，灑家還是大學(xué)時代，利用寒暑假期，我會去杭州文三路電腦城的頤高旗艦廣場打零工，所謂打零工其實就是：老板，買電腦嗎？買電腦看一下！給您報個價?。?！

當(dāng)時還沒有現(xiàn)在這么發(fā)達(dá)的網(wǎng)購平臺，也沒有這么多懂行的人。當(dāng)時買一臺電腦要么就是品牌機(jī)，要么就是自己組裝一臺。俗稱DIY。當(dāng)時品牌機(jī)都比較貴，不僅貴且性能拉胯， 除了CPU等表面功夫做足，其他配件全是偷工減料的垃圾貨。比如某想，6000多的主機(jī)里面奔騰4的CPU給你配一個VIA的主板，別人400內(nèi)存，它給你整個333的，還是單通道的，呵呵。

心疼錢想追求性價比的都是自己DIY電腦，所以那些年，你別說電腦城生意還是可以的。

但是畢竟懂行的少，不懂的居多，所以遇到不太懂的人，各位銷售人員想盡一切辦法宰上幾刀，也是現(xiàn)在俗稱的“奸商”行為，品牌機(jī)宰得，我為什么宰不得？

這些“奸商”銷售人員，一般臉上笑臉相迎，三分鐘熟絡(luò)后跟你稱兄道弟，等最后談總價的時候各種飆演技，“哎呀，這個價真的做不了，太低了，老板多少也留點利潤？”…………

實際上隨便怎么討價還價，總能想辦法宰一刀，實在遇到懂行的沒轍，直接跑過來跟你說，您要的XX顯卡沒有貨了，要不換個XX品牌，反正一樣的價格，都是9600顯卡，都是256M顯存，但凡你一點頭，算了算了，換一個就換一個，懂的都懂，這一換就是300+的利潤差價。

反正憑借我人畜無害的長相且真誠的嘴臉，以及專業(yè)的硬件知識（十三年《微信計算機(jī)》老粉），再加上天花亂墜的忽悠本事，于是年紀(jì)輕輕就走上了“奸商”的道路，而且還是頂級奸商。甚至很多被我宰過的客戶居然還記得我的好，覺得我比較實誠，甚至還有回頭客戶！這就是做銷售的最高境界，各位，學(xué)著點！

打住，今天不是來裝X的。

當(dāng)年，那個大部分電腦都還是10M網(wǎng)絡(luò)口的時候，我記得我賣過一塊英特爾的千兆網(wǎng)卡。

當(dāng)時是一個有點懂，但是又不是很懂的人，來配臺公司用的服務(wù)器。當(dāng)時戴爾，惠普，IBM的服務(wù)器巨貴無比，小公司當(dāng)然是用不起的，于是選擇自己配。

我還記得當(dāng)時用的英特爾的志強(qiáng)CPU，ECC內(nèi)存，以及15000轉(zhuǎn)機(jī)械硬盤，然后我發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時配的所謂華碩的服務(wù)器主板，居然不是千兆網(wǎng)卡是百兆的！然后我靈機(jī)一動，一堆專業(yè)術(shù)語一頓忽悠之下，最后他加了一塊英特爾的千兆網(wǎng)卡，由于這塊網(wǎng)卡非常冷門，一般電腦商家哪懂這個？也問不到價格，屬于最不透明那種，進(jìn)價大概2000多，最后賣他4800，因此就這塊千兆網(wǎng)卡的利潤比其他幾個部件加一起都賺的多！

那次也是我第一次知道，原來英特爾除了CPU，還做網(wǎng)卡這玩意兒。（微軟：我他媽還做鼠標(biāo)呢，IE3.0紅光鯊聽說過閥?。?/p>

后來打工賺來的錢，我買了一個微軟IE3.0鼠標(biāo)用于提高我CS競技水平

所以今天從服務(wù)器網(wǎng)卡開始，一邊講行業(yè)，一邊講技術(shù)，今天把網(wǎng)絡(luò)芯片徹底聊透！

服務(wù)器端：從網(wǎng)卡到DPU的發(fā)展歷程

一個大型計算機(jī)中心，有著各種各樣的設(shè)備，比如服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，路由器，它們在行業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱ICT，即信息，通信和技術(shù)三個單詞首字母。

它是一個涵蓋性術(shù)語，覆蓋所有通信設(shè)備，應(yīng)用軟件等。

它的上游主要核心硬件就是集成電路行業(yè)的各種芯片，包括網(wǎng)絡(luò)芯片，計算芯片，存儲芯片，內(nèi)存芯片，以及各種配套的電源管理IC，PCB板，電容電感等各種被動件在內(nèi)的電子元器件。

中游就是IT基礎(chǔ)設(shè)備，比如服務(wù)器，大型存儲設(shè)備，交換機(jī)，路由器，網(wǎng)關(guān)，防火墻，基站等…………以及圍繞這些硬件的設(shè)備制造商，比如中科曙光，浪潮信息，還有菲菱科思這種做網(wǎng)絡(luò)設(shè)備代工的公司。

然后下游就是運營管理這些設(shè)備的服務(wù)商，比如數(shù)據(jù)中心服務(wù)商，云計算服務(wù)商，IaaS運營商，電信運營商等。

終端客戶都是to G，to B，to C的各類用戶，比如電信業(yè)，政府，銀行，金融業(yè)，各種互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，以及消費者等等。

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及各行業(yè)信息化建設(shè)推進(jìn)，我國ICT技術(shù)行業(yè)市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，中國ICT技術(shù)市場規(guī)模從2017年的4.4萬億元上漲至2022年的5萬億元。同比2021年增長1.21%。

先聊服務(wù)器。

服務(wù)器上的基本結(jié)構(gòu)其實和個人PC差不多，它由一堆CPU，GPU、GPGPU，推理運算單元，AI運算單元等各種高性能計算芯片，外加一堆外圍的如主板北橋芯片，南橋芯片，電源管理IC， 模擬芯片，當(dāng)然還有重要的外部通信接口，就是由各種網(wǎng)卡芯片組成。

以前服務(wù)器用用千兆，萬兆網(wǎng)卡，隨著數(shù)據(jù)量越大越大，現(xiàn)在高端的都是光模塊，從25G到400G不等，未來甚至有800G，1.6T，可見半導(dǎo)體下游應(yīng)用中，通信細(xì)分排第一不是沒有道理的，畢竟我們身處信息社會中。

這個網(wǎng)卡，以前叫NIC，即基礎(chǔ)網(wǎng)卡，或者叫以太網(wǎng)控制器，網(wǎng)絡(luò)適配器，它以有線網(wǎng)線和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，因為價格便宜而且以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)普遍存在，應(yīng)用非常廣泛。

前面我當(dāng)奸商的小故事里，賣的英特爾千兆網(wǎng)卡的就是這個。

在國內(nèi)這是一個80-100億市場的規(guī)模，并且還以年均增長13.5%左右的增速和國內(nèi)2000多億的服務(wù)器市場遙相呼應(yīng)。

隨著公有云中虛擬化技術(shù)的發(fā)展以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)的興起，對端系統(tǒng)協(xié)議棧提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的高性能網(wǎng)卡已經(jīng)難以滿足這些要求。所以，智能網(wǎng)卡（Smart NIC）技術(shù)逐漸發(fā)展起來。不同于傳統(tǒng)網(wǎng)卡，智能網(wǎng)卡同時具備高性能及可編程的能力，既能處理高速的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，又能對網(wǎng)卡進(jìn)行編程，實現(xiàn)定制化的處理邏輯。

和傳統(tǒng)網(wǎng)卡相比，智能網(wǎng)卡有了很大的變化。其中硬件中普遍卸載了部分傳輸層和路由層的處理邏輯，如校驗和計算、傳輸層分片重組等，來減輕CPU的處理負(fù)擔(dān)。甚至有些網(wǎng)卡如RDMA網(wǎng)卡還將整個傳輸層的處理都卸載到網(wǎng)卡硬件上，以完全解放CPU。得益于這些硬件卸載技術(shù)，服務(wù)器端系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧處理才能與現(xiàn)有的高速網(wǎng)絡(luò)相匹配。

不同的加速工作負(fù)載，智能網(wǎng)卡又分成基本連接型NIC，面向網(wǎng)路加速型的智能網(wǎng)卡，以及面向存儲加速型的智能網(wǎng)卡等。

智能網(wǎng)卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方案也五花八門，有多個CPU組合的ASIC，有基于FPGA（可編程門整列）的，或者是FPGA+ASIC的方案。

這個存儲加速型的方向我特別看好，后面細(xì)聊。

再往下一代就是現(xiàn)在炒的火熱的DPU?。?！

DPU，也就是Date Processing Unit ，也就是數(shù)據(jù)處理器。

它和CPU，GPU/GPGPU不同的是，專門針對大型算力中心的網(wǎng)絡(luò)信息處理進(jìn)行優(yōu)化。

在數(shù)據(jù)中心里，時時刻刻都有大量的數(shù)據(jù)在進(jìn)行傳輸。主機(jī)在收發(fā)數(shù)據(jù)時，需要進(jìn)行海量的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理。根據(jù)傳統(tǒng)的計算架構(gòu)，這些協(xié)議處理都是由CPU完成的。

有人統(tǒng)計過，想要線速處理10G（萬兆）的網(wǎng)絡(luò)，需要的約4個英特爾志強(qiáng)CPU的核。也就是說，僅僅是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的處理，就要占用個8核CPU的一半滿負(fù)荷時候的算力?，F(xiàn)在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)不斷升級，從10G到40G 、100G，400G，以及未來還有800G，1.6T的網(wǎng)絡(luò)速率，這些性能開銷顯然是承受不起的。把大量寶貴的CPU運算資源浪費在這上面，顯然是毫無必要的，所以就有把網(wǎng)絡(luò)處理協(xié)議先從CPU“卸載”到智能網(wǎng)卡上，分擔(dān)CPU負(fù)荷這樣的操作。2015年，云計算廠商AWS就率先使用這種智能網(wǎng)卡，同步他們也收購了Annapurna LABS公司，并于2017年推出Nitro系統(tǒng)。同年阿里云也搞出了類似功能的神龍（X-Dragon）架構(gòu)。

再然后的故事大家都知道。2019年3月，英偉達(dá)花費69億美金的巨資收購了以色列芯片公司Mellanox（麥洛斯）。英偉達(dá)將 Mellanox 的 ConnectX 系列高速網(wǎng)卡技術(shù)與自己的已有技術(shù)相結(jié)合，于2020年正式推出了兩款 DPU 產(chǎn)品：BlueField-2 DPU 和 BlueField-2X DPU 。因此2020年也稱為DPU元年，之后國內(nèi)的DPU初創(chuàng)公司如雨后春筍一般冒出來，扎堆DPU領(lǐng)域。從某種角度上來講，DPU也可以說是智能網(wǎng)卡的擴(kuò)展升級版。

DPU在智能網(wǎng)卡的基礎(chǔ)上，將存儲，安全，虛擬化等工作從CPU上“卸載”然后加載到自己身上，等于把CPU從部分繁重且和計算沒關(guān)系的工作拆出來，讓DPU來處理。

綜上所述，DPU 芯片的作用本質(zhì)，就是卸載、加速和隔離——把 CPU 的部分工作卸載到自己身上；利用自己的算力特長，對這些工作進(jìn)行加速運算，整個過程實現(xiàn)了計算的隔離，增加性能，減輕CPU的負(fù)荷。所以有人說DPU也是大型服務(wù)器中心的三大U，CPU，GPU/GPGPU，DPU，也對。

下面這個圖應(yīng)該非常清楚了。

到現(xiàn)在為了配合Ai和加速計算而設(shè)計的DPU，DPU針對多用戶，云生態(tài)環(huán)境進(jìn)行各種優(yōu)化，提供數(shù)據(jù)中心級的軟件定義和硬件加速的網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全和管理的等各種服務(wù)。

到2025年，有專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)測這個DPU，有望超過120億美金的市場空間！

在這個領(lǐng)域，國內(nèi)國外公司就非常多了，包括英特爾，英偉達(dá)（?Mellanox），博通，還有微軟，亞馬遜，Marvell等。當(dāng)然主要就是英特爾，英偉達(dá)，博通這三家。國內(nèi)目前這類公司也不少，比如云豹智能，網(wǎng)迅，星云智聯(lián)，芯啟源，中科馭數(shù)，無錫沐創(chuàng)，大禹智芯，云脈芯聯(lián)，江蘇為是，賽芯半導(dǎo)體，楠菲微電子，以及上市公司*ST左江（300799）?。?！

總結(jié)，過去服務(wù)器都是用普通的千兆，萬兆網(wǎng)卡的那就是用NIC網(wǎng)絡(luò)適配器，俗稱網(wǎng)卡芯片。之后開始升級，出現(xiàn)了智能網(wǎng)卡分擔(dān)一部分CPU的功能，到現(xiàn)在出現(xiàn)DPU，實現(xiàn)更多功能，至于連接方式，也早不再是網(wǎng)線，而是光纖。

兩幅圖幫助各位理解：

DPU的定位。

網(wǎng)卡僅僅是承擔(dān)了網(wǎng)絡(luò)連接功能服務(wù)器端的網(wǎng)絡(luò)芯片就講到這里。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端：路由，交換與無線設(shè)備的心臟！

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就是指各種路由器，交換機(jī)，以及無線設(shè)備。

這些設(shè)備是整個網(wǎng)絡(luò)的核心硬件，它通過使用數(shù)據(jù)包交換來接受數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)來到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)里指定的設(shè)備上。在整個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，交換機(jī)規(guī)模排第一，大概占56%，其次是路由器占比為約30%，其余是網(wǎng)絡(luò)無線設(shè)備占比約14%。在交換機(jī)領(lǐng)域，有家大家都非常熟悉的美國公司，Cisco，思科。

我當(dāng)年參加過CCNA的認(rèn)證考試（思科網(wǎng)絡(luò)工程師的資格認(rèn)證考試，有初級CCNA，中級CCNP，高級專家CCIE三種），為了敲這篇文章，把我書架上灰都三尺后的這本書拿出來，再好好地復(fù)習(xí)了一遍！看在我如此認(rèn)真的份上，各位記得打個賞。

交換機(jī)領(lǐng)域經(jīng)過這些年的發(fā)展，其實國內(nèi)外競爭格局非常穩(wěn)定。國外就是思科，Arista，HPE惠普這些。其中思科獨霸全球市場40%以上；Arista排第二，國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)公司也有不少用它的設(shè)備，因此國內(nèi)也有一定的市場份額；HPE惠普主要是服務(wù)器市場多，交換機(jī)不多，但是由于收購了Aruba Networks（阿魯巴），在企業(yè)級無線領(lǐng)域有一定的占有率。而國內(nèi)，華為+新華三+銳捷三兩家則占了90%左右的市場份額，其余幾家分剩下的那點市場份額。華為，新華三不說了，國內(nèi)占主導(dǎo)地位。銳捷以前專注教育網(wǎng)，在醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)也比較厲害，現(xiàn)在也往B端客戶，如數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器中心，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)此類客戶去切。

此外就是中興，但是中興的交換機(jī)不是強(qiáng)項，它的強(qiáng)項是無線基站，固定網(wǎng)絡(luò)通信，家里的FTTH，光纖到家光貓，以及中心匯聚那些。新華三歷史上換過多次大股東，從華為+3COM的合資公司，到惠普，再到紫光，最近紫光股份想收255億收購剩余的股份但被暫緩。

講完交換機(jī)再講路由器的格局。

在路由器領(lǐng)域，基本就是思科和華為兩家，處于寡頭壟斷，兩家加一起占了60%的份額，其他就是瞻博（Juniper），新華三分剩下的，零零散散還有烽火通信，騰達(dá)，TP-LINK（普聯(lián)）等公司主要是消費級市場，家用為主，在大企業(yè)端市場基本沒有存在感。

在無線領(lǐng)域，又分兩部分，第一是基站側(cè)，傳統(tǒng)電信運營商那種就是華為，諾基亞，愛立信，中興等傳統(tǒng)電信設(shè)備巨頭；Wifi端包括企業(yè)級就是思科，華為，銳捷，中興，以及收了阿魯巴的惠普，而消費級就是普聯(lián)技術(shù)，D-LINK，Netgate網(wǎng)件這種，這個太多了按下不表。隨著Ai計算，數(shù)據(jù)中心，大型服務(wù)器的崛起，這個網(wǎng)絡(luò)硬件領(lǐng)域變的越來越重要，特別是交換機(jī)。9月11日，IDC發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，2023年第二季度，全球以太網(wǎng)交換機(jī)市場收入同比增長38.4%，達(dá)到118億美元，算是一個快速增長的市場。光大證券發(fā)布研究報告稱，隨著數(shù)據(jù)流量增長，高帶寬業(yè)務(wù)開展和部署對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要求增多，交換機(jī)由集線器(一層交換機(jī))升級為第四代多業(yè)務(wù)產(chǎn)品，數(shù)據(jù)中心場景由于東西向流量占據(jù)主流葉脊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)取代傳統(tǒng)三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，AI大模型訓(xùn)練南北向流量增加，或驅(qū)動向“Fat-Tree”架構(gòu)轉(zhuǎn)變，增加交換機(jī)使用數(shù)量，交換機(jī)在數(shù)據(jù)中心市場迎來巨大發(fā)展空間。所以從行業(yè)發(fā)展趨勢來看，交換機(jī)市場是最大的增量紅利！

了解完這個行業(yè)大概之后，再來聊聊設(shè)備里的芯片。先從交換機(jī)的核心心臟——交換機(jī)芯片，Switch Chip！

交換機(jī)的心臟

以太網(wǎng)交換設(shè)備在邏輯層次上遵從 OSI 模型開放式通信系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，包括物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層，會話層，表示層，應(yīng)用層，一共7層。對，學(xué)過網(wǎng)絡(luò)的小伙伴對這個一定不陌生，這個就是OSI 7層模型。

以前交換機(jī)主要工作在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層這兩層上；而路由器則工作在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層上。

但是現(xiàn)在交換機(jī)和路由器定位也逐漸模糊?，F(xiàn)在很多數(shù)據(jù)中心，如果也不是單純用幾個大型路由器組網(wǎng)，這樣成本太高了?，F(xiàn)在做交換機(jī)設(shè)備的公司，會把部分帶有路由功能芯片裝入交換機(jī)里面，比如在思科在自己的交換機(jī)里面加上博通的芯片，讓交換機(jī)具有一定的路由功能，這樣客戶側(cè)組網(wǎng)的成本會大大降低，特別是那些互聯(lián)網(wǎng)公司已經(jīng)不再單純依賴路由器組網(wǎng)，而是選擇使用帶有路由功能的交換機(jī)組網(wǎng)來降低硬件投入成本。

當(dāng)然，傳統(tǒng)電信公司還是走傳統(tǒng)路線，該用啥用啥，但是不可否認(rèn)的是交換機(jī)功能越來越強(qiáng)大，市場份額也在擴(kuò)大。思科之前收購過一家澳大利亞的FPGA的芯片公司， Exablaze，并把它芯片用于自家交換機(jī)上，等于交換機(jī)內(nèi)部帶有編程功能，可以在物理層做低延遲，優(yōu)化過后特別適用于期貨，證券交易這類客戶，因此這個各領(lǐng)域思科還是很有競爭力的。以太網(wǎng)交換設(shè)備擁有一條高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣，在同一時刻可進(jìn)行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)報文處理。

MicroChip??KSZ8563RNX的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

為了實現(xiàn)這些功能，一個交換機(jī)里包括以太網(wǎng)交換芯片，CPU，PHY芯片，接口/端口等各種芯片和元件組成，當(dāng)然帶高級路由功能的交換機(jī)，更復(fù)雜，還有帶FPGA，路由芯片之類的東西。

這是一個AR8327的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)芯片，高通的，來舉例。

這上面一共7個端口，其中1-5接了PHY芯片，這些端口只接終端設(shè)備；端口0和端口6屬于靈活部署，可接PHY，也可以接MAC，這兩個端口可以根據(jù)開發(fā)者需求自己定義，修改CPU可以自定義的端口。

以太網(wǎng)交換芯片為用于交換處理大量數(shù)據(jù)及報文轉(zhuǎn)發(fā)的專用芯片，是針對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用優(yōu)化的專用集成電路。以太網(wǎng)交換芯片內(nèi)部的邏輯通路由數(shù)百個特性集合組成，在協(xié)同工作的同時保持極高的數(shù)據(jù)處理能力，因此其架構(gòu)實現(xiàn)具有復(fù)雜性；CPU 是用來管理登錄、協(xié)議交互的控制的通用芯片；PHY 用于處理電接口的物理層數(shù)據(jù)。也有部分高端的把以太網(wǎng)交換芯片將 CPU、PHY 集成在以太網(wǎng)交換芯片內(nèi)部，形成一顆大核SoC方案。

交換機(jī)SoC芯片好壞，直接決定了交換機(jī)性能，畢竟核心芯片支持交換機(jī)最大能支持多少端口速率，是百兆，還是千兆，萬兆，還是25G，100G？性能區(qū)別非常大。

其次交換機(jī)主要功能是提供子網(wǎng)內(nèi)的高性能和低延時交換，而高性能交換的功能主要由交換芯片完成。同時由于交換機(jī)的部署 節(jié)點多、規(guī)模大，需要交換機(jī)具備更低的功耗、和更低的成本，對交換芯片功耗和成本提出了更高的要求。

就當(dāng)下而言，由于近幾年數(shù)字經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，推動了云計算，大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)，人工智能，大型算力中心的發(fā)展，這些對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了新的要求，100G以上的以太網(wǎng)交換機(jī)芯片增多，400G會成為下一代主流，因此誰能研發(fā)出高端的交換機(jī)芯片，誰就在未來具有核心競爭力。這個領(lǐng)域根據(jù)不同的客戶有不同的商業(yè)模式，這個領(lǐng)域交換機(jī)分為品牌交換機(jī)，裸機(jī)交換機(jī)，和白盒交換機(jī)。品牌機(jī)，就是思科，華為，HPE惠普這類；

裸機(jī)交換機(jī)，主要中國臺灣的企業(yè)，比如Accton，Quanta QCT，Alpha Networks，Delta此類ODM公司。

白盒交換機(jī)相當(dāng)于買了裸機(jī)交換機(jī)和一個操作系統(tǒng)，買回去你自己折騰，這類廠商有Juniper，Arista，銳捷等。這些廠家中，有些實力強(qiáng)， 核心芯片用的是自研的芯片；有些實力弱，只能用第三方的芯片方案，當(dāng)然也有根據(jù)不同系列高低檔次產(chǎn)品，自家的和第三方的搭配使用。巨頭思科、華為等大公司，當(dāng)然都是自研芯片用于自家交換機(jī)上，其他廠商外購第三方廠商以太網(wǎng)交換芯片為主，這些多在白牌上比較常見。這種商業(yè)格局點類似SSD主控芯片領(lǐng)域。原廠如三星，海力士都有自己的主控芯片，但是也有慧榮，聯(lián)蕓，得一微，英韌，鵬鈦，國科微，這種三方的SSD主控方案商，在其他普通品牌上常見，反正各有各的市場和客戶群，憑自己本事賺錢。國內(nèi)剛剛上市的盛科通信（688702），就是干這個的，屬于第三方芯片方案商，賣給類似新華三，銳捷這樣的客戶。

來自盛科通信的IPO資料

當(dāng)然國內(nèi)在這個領(lǐng)域除了華為，基本就是弟弟。因為國外有巨無霸博通，此外還有barefoot，這家公司2019年被英特爾收購，還有Innovium，今年8月被Marvell以11億美金收購了，中低端市場還有“小螃蟹”，Realtek。因此這個領(lǐng)域占主導(dǎo)的要么就是自研型的思科，華為，要么就是三方大公司博通，Marvell，英特爾，國內(nèi)公司除華為之外目前無論技術(shù)實力還是市占率離國外大公司還是有些差距。交換機(jī)里的CPU就沒啥好說的，主要就是英格爾和AMD，兩家CPU巨頭，不過國內(nèi)目前也在力爭上游，有用ARM構(gòu)架的，RISC-V構(gòu)架的基于各種構(gòu)架在開發(fā)的各種CPU，還有用FPGA類芯片來滿足特定的功能。

然后配套CPU的還有各種存儲，包括各種DRAM，以及Nor FLASH之類的東西。

此外就是PHY芯片。

PHY芯片是物理層子系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)將鏈路層設(shè)備（如交換芯片）連接到物理介質(zhì)（如光纖，或普通網(wǎng)線），并將鏈路上的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的以太網(wǎng)幀。在PHY芯片上，還有端口子系統(tǒng)，端口子系統(tǒng)負(fù)責(zé)讀取端口配置、檢測已安裝端口的類型、初始化端口以及為端口提供與PHY芯片交互的接口。說白了，PHY芯片就是一個轉(zhuǎn)換接口芯片，屬于數(shù)模混合類芯片。懂的都懂，涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換的都不簡單，盡管看起來不起眼，但是要做好還真的挺難！

對，這個上市公司裕太微（688515）就是干這個PHY芯片的活，此外還有景略半導(dǎo)體之類初創(chuàng)公司，其他還有一些大大小小的初創(chuàng)公司，比如杭州的鵬瞰，他們是搞的是機(jī)器人內(nèi)部的總線通信芯片。當(dāng)然裕太微不止做交換機(jī)PHY，它還有其他網(wǎng)絡(luò)上用的PHY芯片，比如車載網(wǎng)絡(luò)的PHY芯片。

這里多提一句，裕太微和盛科通信未來基本面的問題。雖然裕太微的PHY芯片沒有盛科通信做的交換機(jī)核心芯片這么高大上，也不如無錫沐創(chuàng)，楠菲微電子那樣玩服務(wù)器的智能網(wǎng)卡芯片，以后能講DPU的故事，前景看起來非常牛逼，因此裕太微看起來似乎成長空間有限。但是反過來說，裕太微只要當(dāng)好小弟，做好PHY芯片就能活下去，等一個汽車的機(jī)會，畢竟汽車上才是大賽道！因為灑家認(rèn)為以后汽車總線構(gòu)架必然大改，博世主導(dǎo)的CAN構(gòu)架根本不適應(yīng)未來汽車智能化演進(jìn)方向，因為它速率實在太慢了，以后車載以太網(wǎng)構(gòu)架將會成為主流，這裕太微機(jī)會不就來了么！反觀盛科通信，在信息技術(shù)時代，國產(chǎn)化，安全化太重要了，“棱鏡門”竊聽事件歷歷在目，網(wǎng)絡(luò)芯片安全性非常重要，都必須得用國產(chǎn)芯片，所以盛科的短期基本面沒有任何問題，無憂無慮，但是遠(yuǎn)期來看競爭格局確實有尷尬之處。打個比方，盛科現(xiàn)有的客戶新華三，銳捷會不會考慮自研？假如自研就比較尷尬了，豈不是有被邊緣化的風(fēng)險了？而且在終端市場上華為又比較強(qiáng)勢，新華三和銳捷以后能不能和華為保持三足鼎立的態(tài)勢？假如頂不住華為的強(qiáng)勢進(jìn)攻，市場份額被華為占了，那盛科咋辦？這不是唇亡齒寒的故事么。所以這個問題留給各位思考，手動狗頭，我只是假設(shè)說的，不是故意唱黑盛科也不是吹捧裕太微，盛科的粉絲別來打我。有人問，網(wǎng)絡(luò)芯片里最重要的都講差不多了，炒火熱的光模塊在哪里？

簡聊光模塊

光模塊在前文提到的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上都有，目前高端的光模塊從10G開始，25G，100G，400G，800G，以及未來的1.6T都用的是光口通信，而低端的1G（千兆），10G（萬兆），多用普通網(wǎng)線口俗稱電口通信。

所以現(xiàn)在電口和光口，可謂涇渭分明，電口也就是普通網(wǎng)絡(luò)口，普通網(wǎng)絡(luò)，PC，小企業(yè)，消費級用；大型計算機(jī)中心，云計算中心，服務(wù)器中心，電信級運營商，都是用光口，也就是光模塊通信。

說起光模塊，我相信很多小伙伴都紛紛表示，這個我熟！

畢竟上半年A股光模塊的主線，高潮迭起，相信各位賺到盆滿缽滿！比如中際旭創(chuàng)，新易盛這種大牛股。我就簡單說幾句。

光模塊和前面提到的普通網(wǎng)線口其實基本功能差不多，但是速度快很多，主要用于大型服務(wù)器中心的數(shù)據(jù)交互，它也是工作在OSI的物理層上。

光模塊里最重要的就是光發(fā)射和光接收芯片，此外還有各種無源被動件，放大器，驅(qū)動，CDR，調(diào)制解調(diào)等等。

在光發(fā)射由于使用的發(fā)光芯片不同，又分為比如半導(dǎo)體激光器LD，發(fā)光二極管LED，還有垂直腔體發(fā)射的VCSEL，甚至還有法布里FP，分布式反饋激光器DFB，電吸收調(diào)制激光器EML等等等。發(fā)射類型又分邊射型（EEL）和VCSEL垂直發(fā)射型。

接收端，主要是就是PIN結(jié)型二極管 ，以及APD雪崩二極管這種光探測芯片。

在光發(fā)射芯片材料，基本都是磷化銦（InP），砷化鎵（GaAs)，甚至還有氮化鎵（GaN）等，主要是由3-5族的化合物半導(dǎo)體材料制造。而光接收，也就是光的探測芯片，基本都是磷化銦這種材料做的。這下小伙伴們應(yīng)該知道磷化銦和砷化鎵，以及氮化鎵在光模塊里是干嘛的了吧，當(dāng)時炒云南鍺業(yè)，就是講這個故事。整個過程就是發(fā)射端的光芯片，發(fā)射響應(yīng)速率的調(diào)制過的光信號，通過光纖傳輸后到光接收芯片，然后由光接收探測到之后轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)過前置發(fā)大器，屬于響應(yīng)碼率的電信號。

由于光有不同的波長，在實際應(yīng)用中，一般以850nm（多模），1310nm（單模），1550nm（單模），三種波長的較為常見，這和光在光纖傳播的損耗有密切關(guān)系，故業(yè)內(nèi)多用這三種損耗小波長的光。

損耗越小，光纖的傳輸距離就越遠(yuǎn)，光信號的質(zhì)量就越好。在光傳輸?shù)那昂?，還有CDR（時鐘恢復(fù)），調(diào)制解調(diào)部分，放大器，驅(qū)動部分等各種芯片，它們負(fù)責(zé)光電信號的互相轉(zhuǎn)換，即電信號到光信號，然后再從光信號到信號。

很不幸，這部分芯片全是德儀，ADI，Lumentum，美信，Marvell，瑞薩，博通之類的大公司，國內(nèi)水平連弟弟都算不上。因為這屬于最高端的模擬電路，國內(nèi)沒有特別出彩的公司。

然后為了組成100G，400G，甚至800G的帶寬。業(yè)內(nèi)會有各種各種的光路多通道的組合方案，比如25*4=100G，或者100G*4=400G，這種這里就涉及光的拆分和復(fù)合的技術(shù)了。牛逼的都是多路復(fù)合光路，這樣在同樣的光纖上傳輸?shù)男畔⒕透?，速率也就更快，帶寬更大。哪有人問，中際旭創(chuàng)，新易盛有什么芯片是自己的？難道只是一個組裝方案商？

對，從嚴(yán)格意義上來講，國內(nèi)這些個光模塊公司，它們僅僅是一個光模塊封裝方案商罷了。

因為光發(fā)射/接收以及光電轉(zhuǎn)換，各種驅(qū)動，以及CDR，調(diào)制解調(diào)器，放大器之類的芯片都不是自己的。當(dāng)然了，?也不是說封裝不重要，現(xiàn)在光模塊的封裝方案，發(fā)展實在太快了，看得我都眼花繚亂。

包括遠(yuǎn)古時期的GBIC，XENPAK，后面的XFP，SFP，SFP+，SFP28，QSFP，QSFP28，CFP，CFP2，QSFP-DD，OSFP等等等，大大小小幾十種，連我也搞不清楚其中的區(qū)別。只知道不同的封裝方案，適用不同的速率，有些支持1.25Gbps，有些支持25Gbps，10Gbps，有些是50Gbps。然后還對應(yīng)不同的傳輸距離，包括100米到160公里的不等。然后調(diào)制解調(diào)格式，也是五花八門，包括NRZ，PAM4，DP-QPSK；接口工作方式也分雙向的Depluxh和單向的BiDi。總之各位記住，光發(fā)射，光接收，以及光電轉(zhuǎn)換和驅(qū)動這些個芯片領(lǐng)域，國內(nèi)和國外比差很遠(yuǎn)。但是不管怎么說，這些公司的業(yè)績增長也是實打?qū)嵉模瑢儆谝粋€高增長的市場，今年上半年光模塊概念炒火熱的也確實有基本面邏輯。

講到這里網(wǎng)絡(luò)芯片相關(guān)概念大家應(yīng)該都有一個清晰的認(rèn)識了。

我再幫各位總結(jié)一下。

在服務(wù)器端上，所謂網(wǎng)絡(luò)芯片是指網(wǎng)卡芯片從以前的普通的以太網(wǎng)控制器NIC， 開始向Smart NIC智能網(wǎng)卡，甚至DPU方向發(fā)展，核心邏輯是把部分浪費CPU算力資源的工作，從CPU的轉(zhuǎn)移到智能網(wǎng)卡和DPU上，好剛用在刀刃上的思路。

在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上所謂的網(wǎng)絡(luò)芯片，是指內(nèi)部核心的交換機(jī)核心，以及配套的電口PHY芯片，以及光口，光模塊相關(guān)芯片。

所以網(wǎng)絡(luò)芯片其實是個很寬泛的概念。講完這些，回到各位最熱切關(guān)注的DPU上。

打破馮諾依曼構(gòu)架？存算分離？

現(xiàn)代計算機(jī)的構(gòu)架分成，控制器、運算器，存儲器（寄存器），輸入和輸出系統(tǒng)，五個系統(tǒng)。

這就是馮諾依曼的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，相信各位學(xué)計算機(jī)的小伙伴并不陌生。

和當(dāng)年第一臺電子計算機(jī)的“埃尼亞克”號相比，現(xiàn)代計算機(jī)性能有著巨大的提升，但是基本構(gòu)架都是一樣的，幾十年過去了并沒有改變。

但是發(fā)展至今，各種問題都來了，且聽我仔細(xì)分析。

還是從存儲角度入手，現(xiàn)在最大的系統(tǒng)瓶頸出現(xiàn)在存算上。

現(xiàn)在有兩個存算概念，一個叫存算一體，一個叫存算分離。

有人說，你這不是上海宛平南路600號么，突出一個精神分裂，自相矛盾？

別急，聽我講。存儲方面又分：內(nèi)存和外存。

所謂內(nèi)存，狹義上理解成內(nèi)存條，它類似一個臨時倉庫，速度很快，但是斷電不保存數(shù)據(jù)，也叫易失性，實際廣義上的內(nèi)存包括了內(nèi)存條DRAM，以及SoC芯片內(nèi)部的SRAM緩存區(qū)域，俗稱L1級緩存，L2級緩存等。（一級放地址，二級放數(shù)據(jù)）。

實際上SRAM區(qū)域在一顆CPU內(nèi)部占的面積是非常大的，比計算單元面積大多了。

外存，就是過去的機(jī)械硬盤，當(dāng)然現(xiàn)在機(jī)械硬盤都不用了，改用NAND FLASH顆粒做成固態(tài)硬盤來永久保存數(shù)據(jù)，它能在斷電情況下永久保存數(shù)據(jù)，因此叫非易性存儲。

外存從嚴(yán)格意義上來講，并不屬于馮諾依曼構(gòu)架存儲器，而是屬于輸入輸出的外存。

盡管內(nèi)存條的速度對于硬盤來講快很多，但是對于CPU內(nèi)部的速度而言還是太慢了，而且大量的能耗浪費在進(jìn)進(jìn)出出的數(shù)據(jù)搬運上。

在馮諾伊曼架構(gòu)之下，芯片的存儲、計算區(qū)域是分離的。計算時，數(shù)據(jù)需要在兩個區(qū)域之間來回搬運，而隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型層數(shù)、規(guī)模以及數(shù)據(jù)處理量的不斷增長，數(shù)據(jù)已經(jīng)面臨“跑不過來”的境況，成為高效能計算性能和功耗的瓶頸，也就是業(yè)內(nèi)俗稱的“存儲墻”。

這存儲墻，能耗墻，編譯墻的“三堵墻”導(dǎo)致算力無謂浪費：據(jù)統(tǒng)計，在大算力的AI應(yīng)用中，數(shù)據(jù)搬運操作消耗90%的時間和功耗，數(shù)據(jù)搬運的功耗是運算的650倍，打破“存儲墻”勢在必行。

因此當(dāng)下解決方案是在CPU外掛HBM，拉進(jìn)計算和存儲之間的距離，用異構(gòu)架的思路來打破“存儲墻”，也就是Chiplet的解決思路！

對，直接把CPU/GPU和HBM高寬帶內(nèi)存封裝到一起！進(jìn)一步提升系統(tǒng)速度！畢竟插主板上的速度和在芯片內(nèi)部封裝到一起的相比，速度差了成千上萬倍！

這就是存算一體?。。?/p>

再來聊存算分離。

一般來講，在主板上以前有北橋芯片和南橋芯片之分，北橋芯片負(fù)責(zé)CPU和內(nèi)存條之間的通信，當(dāng)然了現(xiàn)在CPU都和HBM封到了一起了，CPU內(nèi)部都有內(nèi)存控制器直連了，北橋當(dāng)然不需要了。

南橋芯片負(fù)責(zé)各種輸入輸出設(shè)備的接口，這其中包括硬盤和CPU之間的通信。

那么有沒有一種可能，現(xiàn)在CPU和內(nèi)存都在一起了，系統(tǒng)瓶頸是不是轉(zhuǎn)移到硬盤和CPU之間了？

有沒有辦法把最后的一道系統(tǒng)瓶頸給打破？

比如別用南橋芯片了，直接學(xué)CPU+HBM的方案算了，直接用一條高速總線，把硬盤和CPU直連得了！

這樣其中一塊服務(wù)器的主板上，就只要一個個高性能計算單元，而另外一塊服務(wù)器上，只插各種硬盤，然后用高速光模塊，把計算服務(wù)器和存儲服務(wù)器連接在一起？最大程度節(jié)省資源？

這樣不僅能省服務(wù)器的硬件成本，而且還能提供更快的連接帶寬？

前面提到過，DPU中有一項重要功能：

“不同的加速工作負(fù)載，又分成基本連接型NIC，面向網(wǎng)路加速型的智能網(wǎng)卡，以及面向存儲加速型的智能網(wǎng)卡。”

“到現(xiàn)在為了配合Ai和加速計算而設(shè)計的DPU，DPU針對多用戶，云生態(tài)環(huán)境進(jìn)行各種優(yōu)化，提供數(shù)據(jù)中心級的軟件定義和硬件加速的網(wǎng)絡(luò)、存儲、安全和管理的等各種服務(wù)。”

對，非常的棒，如果這個方案可以試試，那可以把DPU功能再升級一下，進(jìn)一步分?jǐn)侰PU的工作，用一條高速通信的總線+光模塊的方案把兩個不同功能的服務(wù)器連接到一起，打破系統(tǒng)瓶頸，進(jìn)一步提升性能。

因此在DPU的1.0功能時代，DPU也就分擔(dān)了CPU網(wǎng)絡(luò)通信功能，但是到2.0時代，DPU還能分擔(dān)存儲分離后數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能！個人認(rèn)為這才是未來DPU發(fā)展的重要方向，是不是非常哇塞？

這么一看，三大U里的DPU在未來分量真的非常重要，各位DPU初創(chuàng)公司是不是又有新的故事可以講給投資人聽了？

洋洋灑灑敲了11000多字，今日科普到此，希望各位看官老爺看完都有所收獲。

全文完。

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參考資料：

生成式AI帶火的不止GPU，網(wǎng)絡(luò)芯片迎來下一輪大戰(zhàn)；

核心Switch/PHY 芯片加持，千兆以太網(wǎng)持續(xù)放量；

中金 | 交換芯片：下游應(yīng)用驅(qū)動規(guī)模及性能雙升，長期受益國產(chǎn)替代；

中國路由器行業(yè)市場高度集中，前三企業(yè)占據(jù)接近90%的市場份額；

866.5億，全球以太網(wǎng)交換機(jī)市場排名；

數(shù)據(jù)中心交換機(jī)芯片總結(jié)；

以太網(wǎng)交換設(shè)備及芯片行業(yè)發(fā)展概況；

光模塊芯片方案淺析；

路由器市場格局；

中國交換機(jī)行業(yè)前景分析；

計算機(jī)馮諾依曼構(gòu)架結(jié)構(gòu)；

2023全球計算機(jī)市場網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造規(guī)模及競爭格局；

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