数据中心网络架构：交换机/交换芯片供应格局梳理

来源：市场资讯

（来源：伏白的交易笔记）

前言：随着机柜式服务器（超节点）放量，Scale-Up（纵向扩展）交换网络成为核心增量环节。

一. 交换机概览

数据中心网络基础设施包括交换机、光模块、光纤、网卡、铜缆等，各组件协同实现数据的高速传输。

交换机主要负责服务器、存储设备、网络设备之间的数据转发与流量调度。

核心组件：交换芯片（数据包转发）、CPU（设备管理与协议处理）、PHY芯片（模拟与数字信号转换）、端口模块、高速背板、电源等。

二. 交换网络架构

AI数据中心主流采用Spine-Leaf（叶脊）两级架构，替代传统Spine-Leaf-ToR三层架构，适配东西向流量占比高的特征。

2.1 Spine层（脊交换机）

（1）定位：网络拓扑顶层，互联所有Leaf层交换机，形成全网流量枢纽。

（2）功能：不直连服务器，专注跨Leaf节点的骨干转发，同时承担跨数据中心、外部流量互通，是集群Scale-Out横向扩展核心。

2.2 Leaf层（叶交换机）

（1）定位：网络接入层，主流采用架顶式部署，直接放置于机柜顶部，是Scale-Up纵向扩展核心。

（2）功能：下联单机柜内所有服务器、GPU节点，上联Spine层，承担单机柜流量的接入、汇聚与转发。

三. 网络互联协议分类

（1）以太网协议：数据中心通用主流协议，兼容性强、生态成熟，是跨节点互联（如Spine-Leaf网络）首选方案。

（2）PCIe/CXL协议：板卡级点对点互联协议，用于计算机内部硬件（如CPU、GPU、存储）互联；当前版本PCIe 6.0。

（3）InfiniBand协议（IB）：高性能计算专用协议，高带宽、低延迟，但组网成本高。

（4）NVLink协议：英伟达专用协议，专为GPU集群通信设计，当前版本NVLink 5。

四. 交换网络扩展方式

交换网络扩展核心是提升带宽容量、端口密度或覆盖范围，分为Scale-Up、Scale-Out。

（1）Scale-Up（纵向扩展）：核心是升级单设备性能，在单机柜内提升算力密度和通信效率，如超节点。

（2）Scale-Out（横向扩展）：核心是增加设备数量，通过分布式架构实现跨机柜、跨机房的大规模集群互联，如万卡互联。

五. 交换芯片概览

交换芯片是交换机的核心处理单元，负责数据帧转发、协议解析、流量控制、QoS调度。

5.1 主要种类

（1）以太网交换芯片：交换机通用配置，Scale-Up、Scale-Out扩展的核心载体。

（2）PCIe Switch芯片：服务器内部互联核心，如CPU与GPU、内存池互联（除英伟达、AMD专用协议）。

5.2 交换芯片市场格局

（1）海外头部：博通、Marvell（美满）、Mellanox（英伟达旗下）、思科、Microchip（微芯）。

（2）国内头部：海思、盛科通信（以太网交换芯片龙头）。

5.3 交换机市场格局

（1）海外头部：思科、Arista、英伟达、HPE。

（2）国内整机：华为、新华三（紫光股份）、中兴通讯、锐捷网络。

（3）国内白牌（ODM/OEM）：华勤技术、菲菱科思、共进股份。