（报告出品方/作者：中信证券，黄亚元）
交换芯片详解：交换机核心部件，承担转发功能交换机：数字经济核心底座
交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备，通过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，从而转发数据包。当交换机接收到一个数据包时，它会读取数据包的目标MAC地址，然后将数据包转发到目标设备的端口上。目前业内主流交换机为以太网交换机。
交换机的主要应用场景包括：数据中心网络、工业互联网等各类网络环境，是我国数字经济网络的重要基建。随着我国“十四五”规划纲要从现代化、数字化、绿色化方面对加快新型网络基建提出了方针指引，我们认为未来以交换机等网络设施为代表的数字基础设施将持续受益于我国数字经济发展。
交换芯片：交换机核心部件，承担数据转发功能
交换机内部硬件包含PCB板、主芯片、辅助芯片、存储器件、散热器、电源模块、接口/端口子系统等，其中主芯片包括交换芯片、PHY芯片、CPU，辅助芯片则包括其他数字芯片、电源芯片、信号链芯片等。交换机的信号转发主要通过主芯片完成：外部模拟信号通过线缆接入交换机端口，在内部CPU的指令调度下，由PHY（物理层）芯片将模拟信号转化为数字信号并将传输给交换芯片，之后由交换芯片进行数字信号的安检、调度及转发，最后再次由PHY芯片将信号转化为模拟信号，通过端口输出。其余辅助芯片及器件则主要支持零部件之间的连接、信号转发所需的电力能量、散热等。以太网交换芯片承担交换机核心转发功能，决定核心性能指标。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。交换机的主要功能是提供子网内的高性能交换、低延时交换，因此直接决定了整机的交换容量、端口速率等重要性能指标。
技术演进：交换芯片当前最高转发速率达51.2T
以太网技术演进
以太网交换芯片的起源最早可以追溯到上世纪70年代以太网的诞生。ALOHA协议为实现夏威夷群岛之间“一点到多点”的目的而设计的通信协议，其本质是“无线电信道冲突域协商机制”。年5月22日，世界上第一个个人计算机局域网络ALTOALOHA网络运转，标志着以太网正式诞生。
5年7月，具划时代意义的EthernetI协议发布，包括了将时钟脉冲作为与MainMemory进行数据交换的信号，现如今很多相关技术名词均出自该协议，如Ethernet、Interfacecable(接口表)等等。年9月，以太网通用标准ETHE80正式出台，同年第一代以太网技术DIX1.0被研发问世，之后修改为DIX2.0，即IEEE.标准基础规约。年发布的“.uMbps以太网标准”也称FastEthernet，标志着业界进入M快速以太网时代。21世纪以太网的应用范围进一步拓展，年IEEE发布40G和G的.ba标准，分别用于大规模数据中心/超级计算机和数据中心互联/骨干网络；年IEEE发布G和G.bs标准；年12月发布G标准P.df和1.6T标准P.dj从而进一步提高带宽，用于云数据中心场景，P.dj为目前IEEE发布的最高传输速率以太网标准。目前以太网技术经过了前后50多年探索和发展，网络传输速率不断提升，通信范围页从局域网拓展到城域网和广域网。
交换机演进历史
随着以太网相关技术的发展，交换机产品类型也同样发展经历四代的演变。从年第一台交换机问世以来，其在端口速率和交换容量上有了快速发展和极大提升。交换机的前身是一种不能隔绝冲突扩散的物理层设备——集线器，其将多个接口和传输线集成于一体，但当时以太网标准尚未问世，因此其网络性能因为自身属性所限而难以提高。年，美国Kalpana公司发明了世界上第一台以太网交换机EtherSwitchEPS-，该型号对外提供7个固定端口。交换机作为一种能隔绝冲突的二层网络设备，极大提高了网络性能。如今的交换机早已突破旧框架，不仅能完成二层转发，也能根据IP地址进行三层转发，甚至还出现了工作在四层及更高层的叠加型多业务交换机。
交换机的市场参与者不断增加。年，思科基于上一年并购的Crescendo的交换机技术，推出了思科第一款交换机Catalyst1，这款交换机支持8个10M以太网接口，另有两个模块插槽用于上行链路，从此正式开启了全球龙头厂商交换机的争鸣时代。年12月，华为推出第一款国产以太网交换机QuidwayS；2年10月，中兴通讯推出国内第一台符合.ae标准的10G以太网高端路由交换机；6年月，锐捷网络全球首发面向10万兆平台设计的RG-S、RG-S系列。此阶段业界依旧采用大体积硬件耦合的形式来构成交换机进行信息交换，尚无厂商推出标准清晰且可量产的交换芯片。
年博通发布业界首款可量产交换芯片后，交换机迅速腾飞。年1月，思科通过自研UADP芯片推出Catalyst系列交换机，该机型支持CiscoONE可编程网络模型。美国后起之秀Arista于4年推出业界首款具有G上行链路的叶交换机。国内厂商同样发展迅速，华为、锐捷网络等厂商不断推出高性能交换机产品。9年锐捷网络率先在业内推出G数据中心核心交换机和25G/G数据中心解决方案，打开数据中心市场。年4月，新华三发布了业界首款G园区核心交换机；年6月，华为推出GE数据中心核心交换机CloudEngine16-X系列，主要针对大数据、云计算等应用场景；同月，新华三全球首发新一代数据中心交换机新品S系列，带宽达到51.2T，进一步助力算力释放。
交换芯片演进历史
芯片量产时代：交换机问世的20余年后，博通推出首个可量产的交换芯片。21世纪初叶，半导体材料在电子通信行业的应用快速发展，使得厂商能够把大量数据转发功能集于一块专用集成电路上，芯片的形式开始逐渐取代大量耦合硬件。与此同时，IEEE.ba的通过为交换芯片铺平了道路。年，Broad
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