芯耀
与非AI
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在 AI 算力基础设施的讨论中，「交换芯片」是一个高频词。但如果你仔细听，会发现它其实指代两种完全不同的芯片——有人聊的是数据中心机架顶端的以太网交换芯片，有人聊的是服务器内部 GPU 互联的PCIe 交换芯片。
它们都叫 Switch，都有「交换」二字，但一个工作在 OSI 网络模型，一个工作在板级总线拓扑；一个解决跨机柜的 Scale-Out 互联，一个解决机箱内的 Scale-Up 互联。
本文将从技术原理、架构差异、应用场景、市场格局和全量公司产品五个维度，为你彻底厘清这对「同名异构」的芯片品类。
一、一张图看懂核心差异
▎Scale-Out · 跨节点互联
以太网交换芯片
▎Scale-Up · 机箱内互联
PCIe 交换芯片
一句话总结：以太网交换芯片让不同服务器之间可以通信；PCIe 交换芯片让同一台服务器内部的 CPU、GPU、SSD 可以共享总线带宽。前者是「城市之间的高速公路网」，后者是「大楼内部的电梯井」。
二、技术架构深度对比
2.1 以太网交换芯片：OSI 网络模型的数据中枢
以太网交换芯片是交换机、路由器的核心 ASIC，负责接收、解析、查表、转发以太网数据帧。其内部采用高度流水线化的数据包处理架构：
Ingress Pipeline（入口流水线）——MAC 帧解析、VLAN 处理、L2/L3 查表、ACL 过滤
MMU / Buffer（存储管理单元）——数据包缓存、队列调度、拥塞控制（PFC / ECN）
Egress Pipeline（出口流水线）——报文编辑、VLAN 标签操作、QoS 调度
TCAM / SRAM 表项——高速硬件查找（MAC 表、路由表、ACL 表）
SerDes 接口——支持 10G / 25G / 50G / 100G / 400G / 800G 等端口速率
核心指标是交换容量（如 Tomahawk 5 的 51.2 Tbps）和端口速率（如 800G），高端芯片支持 RoCEv2 无损网络、PFC 优先级流控和 ECN 显式拥塞通知。
2.2 PCIe 交换芯片：总线拓扑的数据路由中枢
PCIe 交换芯片工作在 PCIe 事务层，负责在不同 PCIe 端点之间转发 TLP（Transaction Layer Packet）。其设计目标是低延迟——转发延迟通常在 100-150 ns 量级，比以太网交换芯片（数百 ns 到 μs 级）低一个数量级。
Upstream Port（上游端口）——连接 CPU / Root Complex
Downstream Ports（下游端口）——连接 GPU、NVMe SSD、网卡等端点
Switch Fabric（交换矩阵）——基于 BDF 地址的 TLP 路由、仲裁与转发
Buffer / Queue——端口拥塞时的数据包缓存
SR-IOV 引擎——硬件虚拟化，一个物理设备映射为多个虚拟功能（VF）
Multicast 引擎——GPU 集群 All-Reduce 通信中的多播复制
NTB（非透明桥）——多主机互联，允许两个独立 CPU 系统共享 PCIe 结构
核心指标是通道数（Lane Count）和 PCIe 代次。例如 Broadcom PEX89144 提供 144 条 PCIe 5.0 通道（32 GT/s），PEX90144 则为 144 条 PCIe 6.0 通道（64 GT/s）。
2.3 全方位技术参数对比
| 对比维度 | 以太网交换芯片 | PCIe 交换芯片 |
|---|---|---|
| 协议栈层级 | OSI L1-L3（PHY / MAC / IP） | PCIe 事务层 + 数据链路层 + 物理层 |
| 数据转发单元 | 以太网帧（64-9000+ 字节） | TLP 数据包（最大 4096 字节） |
| 寻址方式 | MAC 地址（L2）+ IP 地址（L3） | BDF 地址（Bus : Device : Function） |
| 转发延迟 | 数百 ns ~ 数 μs | ~100-150 ns |
| 最大带宽 | 单芯片 102.4 Tbps（Tomahawk 6） | 单芯片 144 通道 × 64 GT/s（Gen6） |
| 端口速率 | 1G / 10G / 25G / 100G / 200G / 400G / 800G | 以 Lane 为单位，x1 / x2 / x4 / x8 / x16 绑定 |
| 传输距离 | 铜缆 ~100m，光纤 ~10km+ | PCB 走线 ~数十厘米，Retimer 可扩展至 ~数米 |
| 拓扑结构 | Spine-Leaf / Mesh / Ring / Fat-Tree | 树状（Root Complex → Switch → Endpoint） |
| 流控机制 | PFC / ECN / 信用调度 | PCIe 信用流控（Credit-based） |
| 虚拟化支持 | VLAN / VXLAN / EVPN | SR-IOV / MR-IOV / NTB |
| 典型场景 | 数据中心网络、企业网、运营商承载网 | AI 服务器内部 GPU 互联、NVMe 存储阵列、多 CPU 互联 |
三、应用场景：Scale-Up 与 Scale-Out
理解两种交换芯片最直观的框架是 Scale-Up vs Scale-Out：
在单机柜或单服务器内部，通过 PCIe Switch 将多张 GPU、多块 NVMe SSD 连接到有限的 CPU 通道上。一台典型的 8 卡 H100 服务器内部需要 2-4 颗 PCIe Switch 来扩展 CPU 通道，让所有 GPU 都能以 x16 满速互联。
在数据中心跨机柜层面，通过以太网交换机（内置交换芯片）将数千甚至数万张 GPU 连接成集群。采用 Spine-Leaf 架构，Leaf 交换机负责接入机柜内服务器，Spine 交换机负责跨机柜高速转发。万卡级 GPU 集群需要数十到数百台以太网交换机。
在 AI 训练集群中，两种交换芯片并非竞争关系，而是互补协同：PCIe Switch 解决机箱内 GPU-to-GPU 直连，以太网 Switch 解决机柜间 All-Reduce 通信。两者共同构成了从芯片到集群的完整互联栈。
四、市场格局与规模
4.1 市场规模对比
| 细分市场 | 2024 年全球规模 | 2030-2032 年预测 | CAGR |
|---|---|---|---|
| 以太网交换芯片 | 约 65-70 亿美元 | 约 120-140 亿美元 | ~10-12% |
| PCIe 交换芯片 | 约 10.4-18.9 亿美元 | 约 48-58 亿美元 | ~15-20% |
以太网交换芯片市场体量更大、更成熟；但 PCIe 交换芯片增速更快，AI 服务器出货量激增是核心驱动力。
4.2 竞争格局：以太网交换芯片（商用市场）
| 厂商 | 中国商用份额 | 核心系列 | 定位 |
|---|---|---|---|
| Broadcom 博通 | ~61.7% | Tomahawk / Trident / Jericho | 绝对龙头，数据中心全场景覆盖 |
| Marvell 美满 | ~20.0% | Teralynx / Prestera | 第二，可编程 + 企业级双线 |
| Realtek 瑞昱 | ~16.1% | RTL 系列 | 中低端王者，消费级出货量全球第一 |
| 盛科通信 | ~1.6% | GoldenGate / TsingMa / Arctic | 国产唯一商用万兆+，份额快速攀升 |
4.3 竞争格局：PCIe 交换芯片
| 厂商 | 全球份额 | 最新代次 | 核心亮点 |
|---|---|---|---|
| Broadcom 博通 | ~70% | Gen5（Gen6 在研） | PEX89000 系列，路线图至 Gen8 |
| Microchip 微芯 | ~10-15% | Gen6（2025.10 首发） | 3nm 工艺，最高 160 通道 |
| Texas Instruments | ~5-8% | Gen2/3 | 低通道数 Packet Switch，前三大之一 |
| Diodes 达尔 | ~3-5% | Gen3/4 | 唯一车规级 PCIe Switch |
| ASMedia 祥硕 | ~2-3% | Gen3/4 | 消费级低通道数 Switch |
| NXP 恩智浦 | ~1-2% | Gen3/4 | PCIe Mux/PHY，嵌入式市场 |
* 份额为综合多方数据估算，前三大厂商（博通、微芯、TI）合计占全球约 84%
五、全量公司与产品盘点
▎以太网交换芯片 · 商用市场（外售芯片）
· Tomahawk 3（12.8T）→ Tomahawk 4（25.6T，7nm）→ Tomahawk 5（51.2T，5nm，800G）→ Tomahawk 6（102.4T，3nm，2025年发布，业界首款 CPO 版本 TH6-Davisson）
Trident 系列：中高端企业/云数据中心，高密度 100G/400G
Jericho 系列：运营商/广域网，Jericho4 支持设施间长距互联
Prestera 系列：传统强项，覆盖企业/运营商全系列交换机
整体落后博通约 1 年，可编程性为差异化优势
RTL9335 为最新高端型号，消费级交换机芯片出货量全球第一
覆盖 SOHO、SMB、企业接入层
TsingMa（CTC7132/CTC8180）：440G-2.4Tbps，边缘计算/企业核心
Arctic 系列：12.8T/25.6Tbps，支持 800G 端口，2024 年发布，已进入新华三/锐捷网络供应链
国内唯一进入商用万兆+市场的企业
▎以太网交换芯片 · 自研阵营（自用为主 / 不对外销售）
搭载于 Cisco 8000 系列路由器与 Nexus 交换机，不对外销售
技术实力可比肩博通，但不对外商用。同时布局以太网 PHY 芯片
Spectrum-X 平台：Spectrum Switch + BlueField SuperNIC，以太网 AI 网络方案，直接对抗 InfiniBand 生态
收购 Mellanox 后整合而来
基于 P4 语言的可编程交换芯片（6.5-12.8 Tbps），支持完全自定义转发逻辑
面向需要灵活协议定制的高级用户
PCIe Switch 芯片：已量产，正推进 7nm/6nm 先进工艺
同时布局 PHY 芯片和智能网卡，年出货超 500 万颗，2026 年启动 IPO
▎以太网交换芯片 · 车载 / 工业 / 新兴
车载以太网 PHY 芯片累计出货超 1500 万颗，同时布局网卡芯片
集成自研 EtherNext 以太网 PHY，国内首家自主可控 PHY+Switch 集成芯片厂商
覆盖数通和车载两大市场
已研发出车载以太网 PHY 芯片和交换芯片，国内该领域自主研制第一梯队
拟 A 股 IPO
▎PCIe 交换芯片 · 全量厂商
PEX90144（Gen6，64 GT/s）：5nm，144 通道，SC25 展出实物
路线图：2027 Gen7（91000 系列）→ 2029 Gen8（92000 系列）
Switchtec Gen6：2025 年 10 月全球首发 3nm PCIe 6.0 交换芯片，最高 160 通道
面向 AI 加速器互联、工业服务器、HPC
▎PCIe 交换芯片 · 国产阵营
2025 年底批量供货，已获 3 家客户小批量采购协议，9 家客户完成制板验证
万通发展拟收购其 63% 股权
已量产：PCIe 5.0/CXL 2.0 Retimer + PCIe 6.x/CXL 3.x Retimer（全球首发）
内存接口芯片全球第一（36.8%），Retimer 全球第二（10.9%），Switch 为新增长曲线
目前处于研发阶段，具体产品尚未发布
同时布局以太网交换芯片、PHY 芯片、智能网卡和 GPU 互联芯片
国内极少数同时掌握两类交换芯片全链条技术的企业，2026 年启动 IPO
六、未来趋势：边界正在模糊
CXL 协议基于 PCIe 物理层实现缓存一致性和内存池化。CXL 交换机的出现，让原本局限于机箱内的 PCIe 结构开始向跨机柜互联延伸。博通已推出 102.4T CXL 交换机，阿里云将发布首款基于 CXL 交换机的数据库服务器。
AMD 主导的 UALink 联盟计划在 Broadcom 未来的 PCIe Gen7 交换机上实现 GPU Scale-Up 互联，直接对标 NVIDIA NVLink。这意味着PCIe Switch 和以太网 Switch 的技术路线将出现前所未有的交叉。
NVIDIA Spectrum-X 平台和 Broadcom Tomahawk 6 CPO 的推出，使以太网在 AI 训练场景的竞争力大幅提升。RoCEv2 + 无损以太网正在逐步蚕食 InfiniBand 的市场份额。
以太网侧：盛科 Arctic 系列已进入主流设备商供应链；PCIe 侧：数渡科技 PCIe 5.0 Switch 即将批量供货，澜起科技依托 SerDes 优势积极切入。两条战线同步推进，中国交换芯片自主可控正从「能用」走向「好用」。
结语
以太网交换芯片和 PCIe 交换芯片，一个向外延伸构建网络，一个向内扩展打通总线。它们名字相似，却在协议栈、架构、延迟、带宽、距离、生态等维度上有着本质差异。
理解这对「同名异构」的芯片品类，是理解 AI 算力基础设施的关键切入点。而当 CXL 和 UALink 等新协议不断模糊两者的边界时，这两条曾经平行的技术路线，正在走向前所未有的交汇——这或许是未来十年互联芯片领域最值得关注的叙事。
数据来源：QYResearch、Frost & Sullivan、Dell'Oro Group、SNS Insider、东吴证券、东海证券、各公司官网及年报
声明：本文仅供行业研究参考，不构成任何投资建议。
