（报告出品方：西南证券）

一、 交换机—AI时代下的网络核心枢纽

交换机介绍

交换机是通信系统里对于信息交换功能实现的设备：交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以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。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。交换是 一种技术统称，它根据通信两端传输信息的需求，通过人工或设备自动完成，将信息传送到相应的路由上。

交换机在训练大型AI模型和处理海量数据中起到确保消息传递及时性及网络连接与数据传输高效性的作用：传统的数据中心将所有 计算资源集中在一个地点，而分布式计算则利用多个互连的服务器或节点完成任务。这种模式下，工作负载通过高速、低延迟的网 络连接分散到不同机器上。生成式AI应用程序或AI模型（如ChatGPT、BERT、DALL-E）的训练需要大量计算资源，特别是大型复 杂模型。随着数据量和模型规模的增加，分布式计算通过多个互连节点加速训练过程。交换机在此过程中确保消息及时传递至所有 节点，尤其在大规模数据中心和竞争性工作负载中，尾延迟尤为重要。此外，网络的扩展能力和处理大量节点的能力对于大型AI模 型的训练和海量数据的处理至关重要，交换机在保障高效网络连接和数据传输方面发挥关键作用。

交换机关键指标

交换机关键参考指标包括交换带宽、延迟、抖动和兼容性等：交换带宽反映了交换机的总体数据交换能力。低延迟对于实时应用和 高速网络环境非常重要。抖动指的是数据包到达时间的变异性，抖动越小，数据传输的稳定性越高。兼容性衡量交换机与其他网络 设备和协议的互操作性，确保系统的无缝连接。

交换机设备需求集中于电信运营商与云厂商

中美两国在电信网络基础设施方面的投资趋势表现出相似的态势。根据近几年的数据，尽管在某些年份美国的资本开支略高于中国， 但整体来看，两国在5G建设、产业数字化和基站等领域的投资力度非常接近。这反映了中美两国在提升电信网络能力和基础设施 建设方面的共同重视程度。这样的投资不仅推动了各自国家的科技进步和经济发展，也为全球通信技术的提升贡献了力量。

算力侧鸿沟大，国内交换机需求有望呈现加速追赶态势。根据近几年的数据，中美两国在算力基础设施方面的投资存在显著差距。 尽管中国在云计算、数据中心和网络基础设施等方面有稳定投资，但与美国相比差距仍然较大。这种投资差距反映出中美两国在算 力领域的不同发展阶段和市场需求。多元算力设施建设薄弱，产业生态体系仍需完善设施层面，制约了中国AI产业的进一步发展。 随着中国对云计算和网络基础设施需求的快速增长，预计未来中国在这方面的投资将加速追赶，有望缩小与美国之间的鸿沟。

交换机带宽的决定因素：交换芯片

以太网交换机芯片承担交换机核心转发功能，决定核心性能指标。芯片主要组成部分为交换核心、接口控制器和内存。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PCIE线与CPU相连，接收中央处理器的调用指令， 完成数据转发。

交换机芯片占交换机成本较高。依据菲菱科思招股书的描述，其公司直接材料成本在主营业务中成本占比较高，其中芯片在直接材 料中的占比达到40%。其他组成部分包括电源，结构件，PCB，网络变压器和被动元器件等。

二、 IB vs 以太网

IB网络

InfiniBand是一种为高性能计算设计的互连标准，旨在解决集群 中数据传输的瓶颈。其主要特点包括高带宽、低延迟和高网络可靠 性。InfiniBand起源于1999年，由未来I/O和下一代I/O（NGIO） 两种竞争设计合并而成，并由英特尔、Sun Microsystems、Dell 等公司推动。在2000年，InfiniBand架构规范1.0版发布，最初目 标是替代PCI总线、以太网、集群互连和光纤通道。

InfiniBand的发展历程充满挑战和机遇，但最终找到了高性能计 算领域的增长点。随着英特尔和微软的退出，Mellanox逐渐成为 InfiniBand的主要推动力。Mellanox通过一系列并购和技术整合， 占据了全球InfiniBand市场的80%。

InfiniBand之所以能迅速崛起，RDMA拥有主要功劳。如右图所 示，在传统TCP/IP中，来自网卡的数据，先拷贝到核心内存，然后 再拷贝到应用存储空间。 这种操作方式需要经过核心内存的转换， 增加了数据流传输路径的长度，CPU的负担，和传输延迟。  RDMA的内核旁路机制，允许应用与网卡之间的直接数据读写， 将服务器内的数据传输时延降低到接近1us。 同时，RDMA的内存 零拷贝机制，允许接收端直接从发送端的内存读取数据，绕开了核 心内存的参与，极大地减少了CPU的负担，提升CPU的效率。

以太网网络

以太网是计算机网络中最广泛使用的技术，也是互联网的基础技 术。自诞生以来，以太网在不断改进，支持更高的比特率、更多 的节点和更长的链路距离的同时保持良好的向后兼容性。以太网 在很大程度上取代了令牌环、FDDI和ARCNET等其他有线LAN技 术，成为企业、运营商、无线网络和互联网的主导技术。

以太网的设计初衷是实现局域网内的节点间通信，其特点在于兼 容性强、成本较低、灵活性好。它利用MAC地址标识节点，通过 ARP协议映射至IP地址，并在网络层使用IP协议路由，ICMP协议 进行错误和控制消息报告。从10Mbps发展至100GE、200GE、 400GE等高速标准，适应了网络带宽增长。尽管缺乏流控机制可 能引起拥塞，以太网基于TCP/IP协议，允许接入互联网的设备进 行数据传输。

RoCE是一种在以太网上实现RDMA技术的方法，从而降低了数 据传输的复杂性和延迟。RoCE分为v1和v2版本，v1在二层以太 网实现RDMA，v2通过UDP/IP在三层网络实现。V2利用UDP封 装提高传输效率，实现内存直接访问。数据中心应用需无损以太 网络和支持RoCE的网卡，以确保零丢包和低延迟。RoCE结合了 InfiniBand和以太网的优势，为数据传输提供了高效可靠的方案 。

IB与以太网技术指标对比

以太网和InfiniBand在高性能计算和数据传输方面各有优劣。整体上，InfiniBand在带宽、延迟和网络可靠性方面表现出色，适合 需要高性能通信的场景；而以太网因其较低的成本和广泛的兼容性，在终端设备互联和一般网络应用中更具优势。InfiniBand提供 了更高的带宽和更低的延迟，同时具有高度的网络可靠性和简单的组网方式。相对而言，以太网在价格和终端设备互联方面占据优 势，但在处理复杂业务和大规模组网时可能会增加配置复杂性和成本。

三、 交换机厂商巡礼

思科

全球领先的网络解决方案供应商。思科系统公司（Cisco Systems, Inc.）是一家全 球知名的网络技术和解决方案提供商，也是美国最成功的公司之一。1984年由斯坦 福大学的一对教授夫妇创办。1986年思科生产了第一台路由器，让不同类型的网络 可以可靠地互相联接，掀起了一场通信革命。在过去20多年，思科几乎成为了“互 联网”、“网络应用”和“生产力”的同义词，思科在其进入的每一个领域都成为 市场的领导者。 思科是全球路由器、交换机霸主。微软的windows、英特尔的CPU、思科的网络设 备， 并称 wintelco 体系，奠定了互联网时代的计算机软件，硬件，网络三大标准。

思科的主要业务涵盖广泛，包括产品、解决方案与服务。在产品上提供了包括网络、无线和移动网络、安全、数据中心、 协作、分析、视频、物联网和软件等多元化且全面的产品系列；其解决方案根据业务类型和行业进行划分，具有混合办公 等特色方案，涉及多种技术并覆盖众多领域；服务方面则包含咨询、解决方案支持、硬件与软件支持、打包服务、项目咨 询、托管服务以及全面的培训服务。通过这些产品、解决方案和服务，思科致力于为各行业用户打造高效、安全、智能的 网络环境与通信体验。

业绩曾受宏观不利因素影 响，但整体营收仍逐年增 长。受到疫情影响，思科 的业绩有波动下降的趋势。 2019年到2020年营业收入 从 519.0 亿 美元 下降 至 493.0 亿美元，同比下降 了 5.0%；归母净利润从 116.2 亿美元减少到 112.1 亿美元，同比下降了 3.5%。 随后逐步恢复增长趋势。

盈利能力与空间强劲且稳 定，产品收入占比较高。 思科的毛利率整体较为稳 定，维持在60%以上的较 高水平，显示出其较大的 盈利空间；同时，净利率 围绕在22%上下小幅波动， 盈利能力较为稳定。产品 收入增速虽波动较大，表 现出较强的弹性，但产品 收入规模总体上大于服务， 对整体增长的贡献较大。

Arista Networks

Arista Networks 是数据驱动的、从客户端到云端的网络领域的行业领 导者，专注于大型数据中心、校园网络和路由环境。公司由业界知名人士 Andy Bechtolsheim、Ken Duda 和 David Cheriton 于2004 年创立， 2008 年首次推出产品EOS，2014年纽交所上市（代码：ANET）。 Arista客户领域覆盖面非常广泛。如今拥有近9000+个客户，公司的关键 垂直领域包括云巨头、云专业提供商、服务提供商、金融等，技术合作伙 伴包括亚马逊AWS、AttackIQ、博通、Checkpoint、CrowdStrike、 Equinix、谷歌/GCP、英特尔、微软/Azure等。

Arista Networks从创建伊始就为大型数据中心和云计算环境提供软件驱动的云网络解决方案。Arista聚焦于构建 10/40/100 Gigabit 以太网 (GbE) 交换机，以重新定义网络结构，不仅为网络带来可扩展性，同时显著改变数据 中心网络的性价比。 主要产品包括基于商用组件的全系列交换机产品、自研EOS交换机操作系统和跨云网络管理平台CloudVision等， 其中自研的Arista EOS系统为公司核心产品。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站