（报告出品方/作者：国信证券，马成龙、袁文翀）
一、交换机行业概述
交换机在网络中起转发数据作用
交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备，主要作用是转发数据包。交换机在网络中的作用交换机通过在不同设备之间建立一条点 对点的连接，从而提供了一种高效的数据交换方式，可以实现数据的快速传输和共享。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。 交换机广泛应用在数据中心网络、园区网络、工业互联网等各类网络环境。交换机是搭建网络的核心设备之一，能为子网络提供更多的连 接端口，以便连接更多的服务器、计算机、移动终端及物联网终端。
催化一：数字经济快速发展，政企加大信息化投入
数字经济有望成为我国经济发展的重要引擎，多次被中共中央、国务院、发改委、工信部等重要机构提出。2023年2月，中共中央、 国务院印发《数字中国建设整体布局规划》中进一步提到，到2025年，我国要基本形成横向打通、纵向贯通、协调有力的一体化推进 格局，数字基础设施高效联通，数据资源规模和质量加快提升，数据要素价值有效释放，政务及企业数字化程度显著提高。到2035年， 数字化发展水平进入世界前列，数字中国建设取得重大成就。数字中国建设体系化布局更加科学完备，经济、政治、文化、社会、生 态文明建设各领域数字化发展更加协调充分，有力支撑全面建设社会主义现代化国家。
催化二：AI趋势下互联网大厂加大智算中心部署
在ChatGPT的带动下，各大互联网厂商掀起研究大型语言模型的热潮。百度、华为、商汤、阿里等公司近期密集发布大模型，预计互联网 大模型成熟后会逐步加大算力相关资本开支投入。
互联网大厂资本开支有望触底回升
国内互联网厂商资本有所回落，在应用需求爆发时或加大投入。根据BAT三大云厂商数据，2023年一季度BAT资本开支合计82.2亿元（同比55%，环比-39%）。此外，2023年一季度，海外三大云厂商及Meta资本开支合计339.5亿美元（同比-4%，环比-13%）。互联网厂商资本开支 正触达近三年底部，在AI应用爆发后有望触底回升。
催化三：运营商加大云网投资，交换机采购需求倍增
算力需求爆发背景下，运营商成为投资重要力量，2023年三大运营商云网投资大幅提升。以移动为例，中国移动算力网络建设方面不断优化数 据中心集约化梯次布局，数据中心交换机采购量大幅增加，近期中国移动发布2023-2024年（一年期）针对数据中心交换机新建部分集采规模为 30660台，去年同期集采16420台。
白盒交换机成本低定制能力强，白盒厂商市场表现好
在全球经济增长放缓及AIGC算力成本高昂的背景下，白盒交换机成本低、开放 性高、操作难度小的优势将会更加突出。传统交换机的软硬件开发均由设备厂 商提供，系统完全封闭，满足新功能快速开发部署需求慢，采购成本久高不下。 在白盒交换机架构下增加芯片接口层，将交换芯片的硬件功能封装为统一的接 口，采用开放的设备架构和软硬解耦思想，降低购置开发成本。 根据Omdia 7月的数据，2022年数据中心以太网交换机中思科市场份额为37%， Arista18%，华为8%，H3C7%，白盒供应商14%，Other16%。对比2021年数据，白 盒市场份额增长了4pct。 锐捷网络等相关厂商重视研发白盒交换机，有望在国内及国际交换机市场上占 据更多份额。公司凭借白盒交换机的优势，在国内数据中心交换机中的市场份 额迅速提升，由19Q1的4.3%提升至22Q4的15.1%。
二、交换机市场空间及竞争格局
交换机市场规模持续扩大,22年我国交换机市场规模超500亿元
数字经济蓬勃发展，随着AIGC不断发展、云计算产业的发展及渗透率的持续提升，对通信设备需求持续增长，预计交换机规模持续扩大。从 市场规模来看： 据IDC统计，2022年全球交换机行业市场规模达到3082.3亿元，同比增长17.0%，且预计未来5年的增速稳定在4%左右，预计2027年规模 将达到3768.0亿元。 据IDC统计，2022年中国交换机行业市场规模达到510.8亿元（其中头部企业华为、新华三、锐捷网络收入分别超过180、160、70亿元）， 同比增长9.5%，且预计未来5年增速高于全球增速，稳定在7%-9%，预计2027年规模将达到749.3亿元。
从行业应用看：数据中心交换机或是行业增长主要驱动力
随着互联网网间流量急剧增长、企业业务上云以及数据中心云化建设成为趋势，互联网公司、金融行业、运营商和智能制造企业在加大数据中 心网络投资，数据中心交换机增速高于行业，且我国数据中心交换机发展空间大。从数据中心和非数据中心交换机发展看：2022年全球数据中心交换机增速为19.5%，全球非数据中心交换机增速为17.0%，全球总体交换机增速为14.9%，全球数据中心交换机增速高 于行业，且预计未来增速稳定在6%左右，2027年全球数据中心交换机增速预计达5.6%。 2022年中国数据中心交换机增速为12.7%、非数据中心交换机增速为6.2%、整体交换机行业增速为9.3%，中国数据中心交换机增速高于行业， 且预计未来增速稳定在7%-9%左右，2027年中国数据中心交换机增速预计达8.9%，高于全球增速，中国数据中心交换机相较全球数据中心交 换机发展空间更大。
从产品传输速率看：高速率交换机出货量逐步提升
随着5G的蓬勃发展和基于视频的数据传输的快速增长，高速率交换机出货量逐步提升。从不同速率交换机的端口出货量来看： 交换机厂商收益高速率产品价值提升。以国内龙头企业华为的不同速率交换机的市场规模来看，2022年100M、1000M、2.5/5G、10G、25/50G、 40G、100G和200/400G交换机的市场规模分别为1.5、74.3、5.2、124.1、24.7、15.8、59.6和1.7亿元，其中10G、100G、200/400G交换机的 市场规模较前几年大规模提升，厂商交换机收益中高速率的收益占比逐年提升。
从竞争格局看：国内市场国产品牌快速崛起
交换机行业集中度较高，思科、华为、新华三等少数几家企业占据着绝大部分的市场份额，呈现寡头竞争的市场格局。全球市场方面，至 2022年思科是交换机市场的绝对龙头，市场份额占有率为41.1%；5家龙头企业占据全球市场的70%以上。中国市场方面，2022年华为和新华 三是市场的绝对龙头，市场份额占有率分别为35.8%和32.4%，两者共占中国市场的68.2%且相互差距较小，同时又与其他竞争者拉开明显差 距；星网锐捷是市场第二梯队的领头企业，市场份额占有率为14.6%；思科、中兴和深信服科技等企业争夺剩余小部分市场。 早期国内交换机市场主要被思科、Arista等外资厂商占据，伴随近年来国产设备商的快速崛起，海外交换机设备商在中国的份额快速缩小， 当前国内交换机市场双龙头格局特征显著。锐捷网络份额提升快速提升。
数据中心交换机增长：AI大模型及网络架构升级驱动高端产品升级
数据中心交换机主要是用来连接服务器或者IP存储，具备高密度和带宽以及高质量的业务和控制识别能力，做到快速响应无丢包、高可靠性。 数据中心传统三层网络架构向CLOP网络架构升级。在传统的大型数据中心，网络通常呈三层网络架构，分别是Access Layer（接入层）、 Aggregation Layer（汇聚层）和Core Layer（核心层）。随着技术发展，东西向流量（数据中心内的服务器之间的流量）逐渐在数据中心 中占据主导地位。催生数据中心网络架构从分层模块化转向可大规模扩展的CLOS架构。在具体应用中又被分为两种，一种是胖树（Fat-Tree） 的CLOS网络架构，主要特点是无带宽的收敛，整网三级部署；另一种是二层Spine-Leaf网络架构。
企业园区交换机市场：10G端口为主，市场稳健发展
现阶段市场园区企业交换机的速率需求以10Gb为主。从各速率来看： 全球市场：100M、1000M、40G速率的园区企业交换机市场规模预计会下降，高速率的园区企业交换机市场规模预计稳健增长，其中10G速 率的园区企业交换机市场规模会从2022年的365.2亿元预计上升至2027年的536.5亿元，占据大部分市场。 国内市场：100Mb近几年的规模大幅下降，1000Mb速率交换机规模持续上升，但预计未来市场规模会下降，2.5/5/10/25/50/100Gb的园区 企业交换机市场规模会逐年稳步上升。
三、交换机产业链分析
上游交换芯片：交换机性能核心指标
以太网交换芯片是以太网交换机的核心部件，决定交换机性能。以太网交换芯片是用于交换处理大量数据及报文转发的专用芯片 （ASIC）。以太网交换芯片内部的逻辑通路由数百个特性集合组成，在协同工作的同时保持极高的数据处理能力，因此其架构实现具有 复杂性。作为以太网交换机的核心元器件，交换芯片很大程度上决定了以太网交换机的功能、性能和综合应用处理能力。 交换芯片的架构：以博通交换芯片为例，其是由GE/XE接口（MAC/PHY）模块、CPU接口模块、输入输出匹配/修改模块、MMU模块、L2转发 模块、L3转发模块、安全模块、流分类模块等模块组成。交换芯片在逻辑层次上遵从OSI模型（开放式通信系统互联参考模型），主要工 作在物理层、数据链路层、网络层和传输层，提供面向数据链路层的高性能桥接技术（二层转发）、面向网络层的高性能路由技术（三 层路由）、面向传输层及以下的安全策略技术（ACL）以及流量调度、管理等数据处理能力。
交换芯片技术：逐步向可编程发展
可编程交换芯片最重要的特点在于可编程，可以灵活在网络芯片上添加新的网络协议或者新的网络功能，而不需要重新设计一款新的芯片。 对比传统交换芯片，可编程交换芯片的报文处理和转发逻辑能够通过软件来按需调整。 随着传统网络向开放网络演进，交换芯片可编程能力的重要性凸显。在ASIC芯片时代，网络的报文处理和转发逻辑全部被蚀刻在硬件芯片 中，由完全线速的芯片逻辑完成，软件不再参与这些过程，从而让网络的性能得到突发猛进的提升。但是，随着IT业务的不断发展，上层 业务与控制软件对底层网络的特殊需求也逐渐涌现出来，例如将部分常用的功能下移到底层交换芯片中实现，就能够将整个业务在网络上 的处理性能大幅提升，并且大幅降低业务自身的部署复杂度，从而使得系统的整体效率得到提升。
交换芯片竞争格局：国内厂商产品线仍具代差
总体来看，从产品力上，国内厂商与海外领先企业具代差。从高端 芯片性能角度，以交换容量为例，博通、Marvell均已推出51.2Tbps 的高端产线，国产厂商如盛科通信等产品具有较大代差；从产品线 角度，领先厂商博通覆盖多条不同规格产品线，芯片产品矩阵丰富。
交换芯片竞争格局：高端市场海外品牌主导，国内厂商正在追赶
商用交换芯片市场中，博通等海外厂商主导，国内厂商开始起步。在自用市场中，思科、华为等领先厂商凭借在交换机的领导地位位居前列， 如2020年国内自用芯片市场华为份额达88%；商用市场方面，博通竞争优势突出，全球市场份额约70%，国内市场份额约62%；Marvell、瑞昱 等位居第二梯队，Marvell全球份额约29%，国内份额约20%。 国内厂商正在追赶。华为从1999年开始自研Solar系列交换芯片，2004年正式商用，目前已演进到NP 5.0架构，如SD5121/SD5122。中兴通讯 在2018年推出交换容量9Tbps的第四代自研交换网芯片。2020年，公司启动第五代自研交换网芯片的研发。华为、中兴通信相关芯片主要自 产使用。根据灼识咨询数据，盛科通信2020年国内销售额排名第四，占据1.6%的市场份额。 中国商用万兆及以上以太网交换芯片市场方面，博通、美满等国外品牌更具。盛科通信的销售额排名第四，占据 2.3%的市场份额，在中国 商用以太网交换芯片市场的境内厂商中排名第一。
上游PHY芯片：交换机最底层数据传输出口
以太网物理层芯片系以太网通信中不可或缺的组成部分。以太网物理层芯片（PHY）工作于OSI网络模型的最底层，连接数据链路层的设备 （MAC）到物理媒介，并为设备之间的数据通信提供传输媒体，处理信号的正确发送与接收。因此，PHY芯片承担了将线缆上的模拟信号和设 备上层数字信号相互转换的职能，以此实现以太网网络中各个设备通信的目的。以太网PHY广泛应用于信息通讯、汽车电子、消费电子、监控 设备、工业控制等众多市场领域。 以太网物理层芯片是一个复杂的数模混合芯片系统，芯片中包含高性能SerDes、高性能ADC/DAC、高精度PLL等AFE设计，同时也包括滤波算法 和信号恢复等DSP设计，芯片研发需要深厚的数字、模拟、算法全方位的技术经验以及完整产品设计团队互相高效配合。
PHY芯片市场：预计2025年全球市场规模突破300亿元
以太网物理层芯片作为以太网传输的基础芯片之一，随着数据量的爆发式增长，市场规模拥有持续上涨的动能。 根据IDC发布的《Data Age 2025》报告预测，全球每年产生的数据将从 2018年的33ZB增长到2025年的175ZB，相当于每天产生491EB的数据。 随着社会信息化进程持续加快，承载信息的载体呈现出“文字-图片-音频-视频”的发展路径，其中视频作为信息承载的一种形式正变得越 来越普遍，且随着视频分辨率的不断提高，单个视频所占用的数据流量也越来越大。网络日益成为承载人类生活、生产活动核心平台，全 球每年产生的数据呈现爆发式增长，在传输和交换方面带动了更大的市场需求。 2025年全球以太网物理层芯片市场规模有望突破300亿元。根据中国汽车技术研究中心有限公司的预测数据，2021年全球以太网物理层芯片 市场规模为120亿元，2022年-2025年全球以太网物理层芯片市场规模预计保持25%以上的年复合增长率。
品牌交换机：各厂商在高端产品角逐核心竞争力
数据中心向800G速率转型，华为、新华三近期发布800G交换机，产品竞争力优势 明显。数据中心带宽需求带动了可插拔光模块速率的演进，博通于2023年3月推 出了51.2T交换芯片Tomahawk 5(战斧5)系列。 思科、华为拥有自己自研芯片。思科Silicon One G100芯片是基于7nm工艺、 25.6Tbps 线速、全双工、独立的交换处理器，可用于构建固定外形的交换机， 保持公司产品核心竞争力同时也保证了一定毛利。
四、AI发展对交换机影响探讨
AIGC有望成为新一轮的云基建建设驱动力
AIGC等新应用场景的出现，成为未来云基建投资的重要推动力。数据中心作为流量的基石，算力的重要载体，核心受益于算力和流量的扩 张，近十年行业经历了几轮快速的发展增长，分别受益于移动互联网、疫情带来的线上流量增长等；随着AI等新应用场景的出现，为行业 赋予了新的增长动能，有望带动行业新一轮建设升级。
IB（Infiniband）高速网络，大模型下优选网络技术
以太网是一种广泛使用的网络协议，但其传输速率和延迟无法满足 大型模型训练的需求。相比之下，端到端IB（InfiniBand）网络是 一种高性能计算网络，能够提供高达 400 Gbps 的传输速率和微秒 级别的延迟，远高于以太网的性能。这使得IB网络成为大型模型训 练的首选网络技术。 Infiniband网络（IB网络）：是指通过一套中心 Infiniband 交换 机在存储、网络以及服务器等设备之间建立一个单一的连接链路， 通过中心 Infiniband 交换机来控制流量，能够降低硬件设备间数 据流量拥塞，有效解决传统 I/O结构的通信传输瓶颈，还能与远程 存储设备和网络设备相连接。 端到端IB网络还支持数据冗余和纠错机制，能够保证数据传输的可 靠性。在处理大模型中较多的数据时，数据传输错误或数据丢失可 能会导致训练过程中断甚至失败，因此保证传输的可靠性尤为重要， 而IB网路有效实现了保证。
AI大模型应用爆发，算力规模扩大驱动交换机需求量提升
AI大模型应用爆发下，AI服务器配套交换机需求提升。根据我们测算， 具体详细测算可参考前期发布的《云基建专题三：AI驱动下光模块趋 势展望及弹性测算》： A100网络架构下，服务器、交换机市场规模弹性分别为60%、19%； H100网络架构下，服务器、交换机市场规模弹性分别为62%、10%。
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