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本文來自“AI時代交換機迎來四大產業變革機遇”，乙太網交換機是重要的通訊網路裝置，隨著全球 AI 的高速發展，AI 叢集規模持續增長，AI 叢集網路對組網架構、網路頻寬、網路時延等方面提出更高要求，帶動交換機朝著高速率、多埠、白盒化、光交換機等方向持續迭代升級，我們認為AI 時代交換機有望迎來四大產業變革新機遇。
交換機變革 1：AI 叢集新增後端組網需求，叢集規模持續增長，乙太網佔比有望逐步提升，有望帶來大量高速乙太網交換機需求
（1）AI 訓練叢集帶來 GPU 互聯需求，新增後端網路組網需求。AI 伺服器比傳統伺服器新增 GPU 模組，GPU 模組透過對應的網絡卡與其他伺服器或交換機互聯，實現各節點之間的通訊。因此相比傳統網路架構，AI 伺服器組網增加後端網路組網（Back End），增加了每臺伺服器的網路埠數量，拉動對高速交換機、網絡卡、光模塊、光纖光纜等元件需求。
（2）AI 叢集加速 Scale out，萬卡、十萬、百萬卡叢集組網帶來大量高速交換機需求。隨著 AI 模型引數持續增長，帶動叢集規模從百卡、千卡拓展至萬卡、十萬卡，Scale out 推動組網架構從 2 層向 3 層、4 層架構拓展，帶來大量高速交換機需求。
（3）乙太網網路根基深厚，生態廠商眾多，AI 網路中乙太網網路佔比有望持續提升。IB 網路憑藉低延遲、堵塞控制以及自適應路由等機制，仍然主導 AI 後端網絡，但隨著乙太網網路部署的不斷最佳化，超乙太網聯盟加速發展，我們認為未來乙太網方案佔比有望持續提升，帶動乙太網交換機需求增長。
交換機變革 2：AI 網路帶來低時延、大頻寬等網路需求，400G/800G 交換機持續放量，1.6T 交換機加速落地
AI 大模型引數量持續增長倒逼叢集規模提升，疊加 AI 晶片頻寬提升，促使交換機埠速率及交換容量同步升級。交換機埠速率從 200G 向 400G、800G、1.6T提升，交換晶片頻寬容量提升至 25.6T、51.2T，下一代 102.4T 交換晶片有望於 2025年下半年推出，盒式交換機埠數量得以持續增長以支援組網規模提升，高速資料中心交換機市場規模有望快速增長。
交換機變革 3：交換機白盒化趨勢顯著，帶來新成長機遇
白盒交換機是一種硬體與軟體解耦的網路交換機，其硬體由開放化的硬體元件組成，而軟體可由使用者或第三方自由選擇和定製，具備靈活性、可擴充套件性較高、採購和維護成本較低等優勢，廣泛應用於網際網路廠商和運營商網路，交換機白盒化趨勢顯著，目前產業生態較為完善，商用交換機晶片廠商、JDM/ODM/OEM 交換機設備商有望迎來發展新機遇。
交換機變化 4：光交換機商用逐漸成熟，光電融合組網落地大模型訓練
光電路交換機（OCS）主要透過配置光交換矩陣,從而在任意輸入/輸出埠間建立光學路徑以實現訊號的交換，相比電交換機，光交換機具有成本低、時延低、功耗低、可靠性高等特點，在 AI 大模型預訓練應用場景中表現較好。當前光電融合方案中 OCS 方案商用化程度較高，基於 3D-MEMS 系統的 OCS 方案綜合應用較好。
按應用場景和傳輸介質來看，交換機種類較多。交換機是重要的通訊網路裝置，最常見的網路交換裝置以乙太網交換機為主，其次還包括語音交換機、光纖交換機等，適應不同網路環境與應用場景。
按照應用場景劃分：（1）園區用乙太網交換裝置：可分為金融類、政企類、校園類；（2）運營商用乙太網交換裝置：可分為都會網路用、運營商承建用以及運營商內部管理網用；（3）資料中心用乙太網交換裝置：可分為公有云用、私有云用、自建資料中心用；（4）工業用乙太網交換裝置：可分為電力用、軌道交通用、市政交通用、能源用、工廠自動化用等。
早期以集線器為代表的乙太網裝置主要在物理層工作，無法隔絕衝突擴散，網路效能難以提升，而乙太網交換機能夠隔絕衝突，持續提升乙太網效能。世界上第一臺乙太網交機最早於 1989 年問世，經過三十餘年的的發展，乙太網交換機在轉發效能和功能上持續提升。轉發效能方面，乙太網交換裝置的埠速率從 10M 發展到 800G，單臺裝置的交換容量從 Mbps 量級提升至 Tbps 量級。功能方面，乙太網交換裝置發展至今，可分為二層交換機、三層交換機和疊加型多業務交換裝置。二層交換機和三層交換機之間的最大區別在於路由功能，疊加型多業務交換裝置（四層或更高層）除了實現二層和三層的業務外，還可具備如防火牆、閘道器等其他功能。
二層交換機工作在資料鏈路層，三層交換機工作在網路層。二層交換機在接受來自光纖傳輸的光訊號後，透過光模組進行光電轉換，最終將光訊號轉換為裝置可理解的數字訊號後，資料包從網路埠進入。PHY 層負責跨物理連線傳輸和接收位元流，包括編碼、多路複用、同步、時鐘恢復和線路上資料的序列化等，一旦在 PHY上接收到有效的位元流，則資料將傳送到 MAC 控制器， MAC 層負責將位元流轉換為幀/資料包。經過乙太網收發器晶片（PHY 晶片）、MAC 控制器後，進入乙太網交換晶片，基於 MAC 地址進行資料交換；三層交換機/路由器工作在網路層，能夠基於 IP 地址進行轉發與路由選擇。
交換機與其他網路裝置功能各不相同。
光貓：工作在物理層，通常安裝在網路入口處即光纖接入點處，用於光電訊號轉換，主要應用在家庭網路接入場景；
路由器：工作在網路層，連線不同網路，基於 IP 地址進行轉發與路由選擇；
閘道器：通常用於連線使用不同協議的網路，能夠在多個層次上進行必要的翻譯和協議轉換。二層交換機主要工作在資料鏈路層，具有網橋和集線器的功能，用於同一網路內基於MAC 地址進行幀/資料包轉發與過濾。
交換晶片為核心部件，框式、盒式交換機各司其職
乙太網交換機主要由晶片、PCB、光器件、插接件、阻容器件、殼體、電源、風扇等組成，晶片包含乙太網交換晶片、CPU、PHY、CPLD/FPGA 等，其中乙太網交換晶片和 CPU 是最核心部件。
乙太網交換晶片專為最佳化網路應用設計，是負責交換處理大量資料和轉發報文的專用晶片，晶片內部的邏輯通路由數百個特性集合組成，以確保晶片在協同工作的同時保持較強的資料處理能力，架構實現較為複雜；CPU 是用於管理登入、協議互動的控制的通用晶片；PHY 負責處理物理層資料。
典型乙太網交換晶片主要由介面模組、內容處理模組、進出口資料包修改模組、MMU 模組、L2 處理器（查閱 MAC 表）、L3 處理器（查閱路由表）、安全模組等模組組成，部分乙太網交換機晶片內部會整合 CPU、MAC 控制器和 PHY 晶片。
從交換機物理形態上，可以分為框式交換機和盒式交換機。框式交換機通常由一個機框和多個插槽組成，可以插入不同型別和數量的模組，如介面模組、主控模組、交換模組等，具有較高的靈活性和擴充套件性；而盒式交換機一般是一體化設計，介面數量和型別相對固定，部分盒式交換機介面採用模組化設計。框式交換機與盒式交換機的主要差異更多體現在內部構造與應用場景（OSI 使用層級）上。
細分背板架構來看，常見的包括 Full-Mesh 交換架構、Crossbar 矩陣交換架構和 CLOS 交換架構等。
（1）在 Full mesh 架構中，所有業務線卡透過背板走線連線到其它線卡，任意兩個節點間都直接連線，所以隨著節點數量增加連線總數也持續上升，因此可擴充套件性較差；
（2）Crossbar 架構則是一種兩級架構，每個 CrossPoint 都是一個開關，交換機透過控制開關來完成輸入到特定輸出的轉發，隨著埠數量的增加，交叉點開關的數量呈幾何級數增長，埠數量仍然有限；
（3）CLOS 架構是一種多級架構，每個入口級開關連線至中間級開關再連線到出口級開關，每塊業務線卡和所有交換網板相連，交換晶片整合在交換網板上，實現了交換網板和主控引擎硬件分離。CLOS 架構又可細分為非正交背板、正價背板和正交零背板設計。
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