以太網(wǎng)

以太網(wǎng)已經(jīng)成為普及率最高、效率優(yōu)勢(shì)明顯的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而其核心部件正是以太網(wǎng)交換機(jī)。以太網(wǎng)交換機(jī)是基于以太網(wǎng)進(jìn)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(jī)也在不斷演進(jìn)。

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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(wàn)兆以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用起來(lái)，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(jī)中的交換芯片

千兆以太網(wǎng)交換機(jī)是指上聯(lián)和下聯(lián)口都是千兆口的交換機(jī)，可理解為交換機(jī)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(jī)在工業(yè)和商業(yè)中都有不少應(yīng)用。

而且隨著云計(jì)算的快速滲透、AI和機(jī)器學(xué)習(xí)的興起、5G商用、WiFi6等通信技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)，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(jī)市場(chǎng)報(bào)告數(shù)據(jù)，2023第一季度全球以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)收入為100億美元，同比增長(zhǎng)了31.5%。而其中又以千兆以太網(wǎng)交換機(jī)增長(zhǎng)得最多，出貨量同比增長(zhǎng)超過(guò)130%。

從硬件角度來(lái)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(huì)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(xì)分來(lái)看，CPU、PHY往往也并不是都由獨(dú)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(dú)立的方案，這樣技術(shù)難度不高而且成本易于把控。

同時(shí)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(dú)立芯片則成本太高，只有高端的設(shè)備會(huì)考慮這種全獨(dú)立芯片的模式。

因此這里大致把交換機(jī)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(lèi)。作為交換機(jī)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(jī)的功能、性能和綜合應(yīng)用處理能力。

交換芯片的市場(chǎng)格局呈現(xiàn)出集中度較高的行業(yè)趨勢(shì)，商用芯片層面博通、美滿和瑞昱占據(jù)了絕大多數(shù)市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)盛科、楠菲微在近年來(lái)也表現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)呈現(xiàn)崛起之勢(shì)；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(gè)方向。除此之外，隨著TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，交換芯片對(duì)于TSN的支持也越來(lái)越重要，這能為設(shè)備帶來(lái)確定的低延遲端到端傳輸。

在工業(yè)場(chǎng)景中常用的以太網(wǎng)千兆交換機(jī)在TSN的支持下能為自動(dòng)化帶來(lái)很多革命性的進(jìn)步。交換芯片對(duì)TSN要求的支持，能夠確保通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送消息的時(shí)鐘同步，同一網(wǎng)絡(luò)下每個(gè)設(shè)備都處于同步狀態(tài)下，可以實(shí)現(xiàn)完全同步的協(xié)同工作，精準(zhǔn)地執(zhí)行各類(lèi)運(yùn)控、傳輸?shù)让睢?/p>

在近期推出的一些千兆交換芯片中，還會(huì)看到使用實(shí)時(shí)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(shí)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(jī)中的PHY芯片

以太網(wǎng)PHY芯片，交換機(jī)中另一個(gè)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(hào)類(lèi)型、信號(hào)速度、介質(zhì)和連接器類(lèi)型以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>，實(shí)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(biāo)準(zhǔn)。

受益于以太網(wǎng)技術(shù)的推進(jìn)，PHY芯片的產(chǎn)業(yè)規(guī)模也在持續(xù)擴(kuò)張，根據(jù)中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心發(fā)布的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年全球以太網(wǎng)物理層芯片市場(chǎng)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(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)保持25%以上的年復(fù)合增長(zhǎng)率，2025年全球以太網(wǎng)物理層芯片市場(chǎng)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(chǎng)還是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，博通、美滿、TI、高通、微芯和中國(guó)臺(tái)灣瑞昱這幾家廠商都合計(jì)占據(jù)全球超過(guò)90%的市場(chǎng)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(chǎng)均表現(xiàn)穩(wěn)定。

隨著這幾年產(chǎn)業(yè)鏈上下游對(duì)國(guó)內(nèi)以太網(wǎng)芯片市場(chǎng)大力支持，近年不少?lài)?guó)產(chǎn)PHY芯片開(kāi)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(chǎng)份額。目前不少?gòu)S商已經(jīng)在千兆以太網(wǎng)PHY產(chǎn)品上有所建樹(shù)。

如裕太微電子以工規(guī)級(jí)千兆產(chǎn)品占比最高，不論是單口還是多口，不論是消費(fèi)級(jí)還是工業(yè)級(jí)，裕太微電子目前已經(jīng)有多種千兆PHY芯片料號(hào)對(duì)應(yīng)。今年發(fā)布的千兆車(chē)載PHY也是備受關(guān)注，復(fù)雜的數(shù)?；旌闲酒到y(tǒng)集成高性能SerDes、高性能ADC/DAC等AFE設(shè)計(jì)，還采用了高速DSP技術(shù)，在以太網(wǎng)芯片上技術(shù)實(shí)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(chē)載、工業(yè)、企業(yè)應(yīng)用上低功耗的優(yōu)勢(shì)較為突出，在工業(yè)應(yīng)用中的PHY也配置了精確定時(shí)協(xié)議（PTP）的時(shí)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(shí)力很強(qiáng)，主打千兆和萬(wàn)兆，能支持節(jié)能以太網(wǎng)。除此之外，鑫瑞、睿普康等國(guó)內(nèi)廠商在千兆PHY上也有建樹(shù)。

雖然一些大型數(shù)據(jù)應(yīng)用中，千兆也開(kāi)始慢慢被2.5G/5G/10G取代，但千兆以太網(wǎng)交換機(jī)的應(yīng)用市場(chǎng)非常穩(wěn)定，其出貨量的快速增長(zhǎng)也是佐證。受益于市場(chǎng)對(duì)于千兆以太網(wǎng)交換機(jī)的強(qiáng)勢(shì)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(chǎng)增長(zhǎng)空間，值得關(guān)注。