以太網(wǎng)已經(jīng)成為普及率最高、效率優(yōu)勢明顯的計算機網(wǎng)絡(luò)，而其核心部件正是以太網(wǎng)交換機。以太網(wǎng)交換機是基于以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喽丝诰W(wǎng)絡(luò)設(shè)備，隨著以太網(wǎng)的發(fā)展，交換機也在不斷演進。

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為了更快速的局域網(wǎng)連接，千兆以太網(wǎng)甚至萬兆以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用起來，用以提供更多的總帶寬，大幅減少網(wǎng)絡(luò)擁塞并提高整體性能。 

千兆以太網(wǎng)交換機中的交換芯片

千兆以太網(wǎng)交換機是指上聯(lián)和下聯(lián)口都是千兆口的交換機，可理解為交換機端口支持1000M或10/100/1000M傳輸，也就是以太網(wǎng)交換芯片能夠支持千兆帶寬。千兆交換機在工業(yè)和商業(yè)中都有不少應(yīng)用。

而且隨著云計算的快速滲透、AI和機器學(xué)習的興起、5G商用、WiFi6等通信技術(shù)的發(fā)展推動，更高速的以太網(wǎng)技術(shù)滲透率逐漸提高。根據(jù)IDC的以太網(wǎng)交換機市場報告數(shù)據(jù)，2023第一季度全球以太網(wǎng)交換機市場收入為100億美元，同比增長了31.5%。而其中又以千兆以太網(wǎng)交換機增長得最多，出貨量同比增長超過130%。

從硬件角度來看，以太網(wǎng)交換芯片是其核心，而以太網(wǎng)的電路接口部分又包含CPU、MAC層控制器和物理層接口PHY。一些以太網(wǎng)交換芯片會直接將CPU、PHY集成在交換芯片內(nèi)部做全集成方案。

從以太網(wǎng)的電路接口部分細分來看，CPU、PHY往往也并不是都由獨立的芯片構(gòu)成，目前主流的方案是CPU內(nèi)部集成MAC，PHY采用獨立的方案，這樣技術(shù)難度不高而且成本易于把控。

同時在CPU內(nèi)部集成MAC和PHY難度更高一些，而MAC和PHY全部采用獨立芯片則成本太高，只有高端的設(shè)備會考慮這種全獨立芯片的模式。

因此這里大致把交換機的核心芯片分為以太網(wǎng)交換芯片和以太網(wǎng)PHY芯片兩類。作為交換機的核芯，以太網(wǎng)交換芯片在很大程度上決定了以太網(wǎng)交換機的功能、性能和綜合應(yīng)用處理能力。

交換芯片的市場格局呈現(xiàn)出集中度較高的行業(yè)趨勢，商用芯片層面博通、美滿和瑞昱占據(jù)了絕大多數(shù)市場份額，國內(nèi)盛科、楠菲微在近年來也表現(xiàn)強勢呈現(xiàn)崛起之勢；自用芯片則以華為、思科為主。

交換芯片的發(fā)展主要朝著更低功耗更高性能以及更大的交換容量三個方向。除此之外，隨著TSN時間敏感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，交換芯片對于TSN的支持也越來越重要，這能為設(shè)備帶來確定的低延遲端到端傳輸。

在工業(yè)場景中常用的以太網(wǎng)千兆交換機在TSN的支持下能為自動化帶來很多革命性的進步。交換芯片對TSN要求的支持，能夠確保通過以太網(wǎng)發(fā)送消息的時鐘同步，同一網(wǎng)絡(luò)下每個設(shè)備都處于同步狀態(tài)下，可以實現(xiàn)完全同步的協(xié)同工作，精準地執(zhí)行各類運控、傳輸?shù)让睢?/p>

在近期推出的一些千兆交換芯片中，還會看到使用實時引擎這種配置用于修改飛行中的以太網(wǎng)幀，目的也是一樣的，實現(xiàn)更快的循環(huán)數(shù)據(jù)速率和更低延遲。

千兆以太網(wǎng)交換機中的PHY芯片

以太網(wǎng)PHY芯片，交換機中另一個重要的芯片，它是物理層收發(fā)器基礎(chǔ)芯片。物理層PHY芯片指定電信號類型、信號速度、介質(zhì)和連接器類型以及網(wǎng)絡(luò)拓撲，實施1000 Mbps的1000BASE-T、100 Mbps的100BASE-TX和10 Mbps的10BASE-T等各種以太網(wǎng)標準。

受益于以太網(wǎng)技術(shù)的推進，PHY芯片的產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在持續(xù)擴張，根據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心發(fā)布的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021年全球以太網(wǎng)物理層芯片市場規(guī)模約為120億元，2022年至2025年，全球以太網(wǎng)物理層芯片市場規(guī)模預(yù)計保持25%以上的年復(fù)合增長率，2025年全球以太網(wǎng)物理層芯片市場規(guī)模有望突破300億元。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，不論是全球市場還是國內(nèi)市場，博通、美滿、TI、高通、微芯和中國臺灣瑞昱這幾家廠商都合計占據(jù)全球超過90%的市場份額。尤其是博通、美滿和瑞昱這三家廠商，在任何以太網(wǎng)PHY芯片市場均表現(xiàn)穩(wěn)定。

隨著這幾年產(chǎn)業(yè)鏈上下游對國內(nèi)以太網(wǎng)芯片市場大力支持，近年不少國產(chǎn)PHY芯片開始涌現(xiàn)，正在慢慢去替代原本壟斷在巨頭廠商手中的市場份額。目前不少廠商已經(jīng)在千兆以太網(wǎng)PHY產(chǎn)品上有所建樹。

如裕太微電子以工規(guī)級千兆產(chǎn)品占比最高，不論是單口還是多口，不論是消費級還是工業(yè)級，裕太微電子目前已經(jīng)有多種千兆PHY芯片料號對應(yīng)。今年發(fā)布的千兆車載PHY也是備受關(guān)注，復(fù)雜的數(shù)模混合芯片系統(tǒng)集成高性能SerDes、高性能ADC/DAC等AFE設(shè)計，還采用了高速DSP技術(shù)，在以太網(wǎng)芯片上技術(shù)實力雄厚。

景略半導(dǎo)體基于EtherNext技術(shù)的也發(fā)布了多款千兆PHY芯片，在車載、工業(yè)、企業(yè)應(yīng)用上低功耗的優(yōu)勢較為突出，在工業(yè)應(yīng)用中的PHY也配置了精確定時協(xié)議（PTP）的時間戳，很契合現(xiàn)在工業(yè)以太網(wǎng)的需求。

楠菲微電子在PHY芯片上產(chǎn)品線不多，但技術(shù)實力很強，主打千兆和萬兆，能支持節(jié)能以太網(wǎng)。除此之外，鑫瑞、睿普康等國內(nèi)廠商在千兆PHY上也有建樹。

雖然一些大型數(shù)據(jù)應(yīng)用中，千兆也開始慢慢被2.5G/5G/10G取代，但千兆以太網(wǎng)交換機的應(yīng)用市場非常穩(wěn)定，其出貨量的快速增長也是佐證。受益于市場對于千兆以太網(wǎng)交換機的強勢需求，應(yīng)用于其中的以太網(wǎng)芯片也自然有著不少的市場增長空間，值得關(guān)注。