电子行业专题研究：聊聊交换机：和AI有什么关系？

聊聊交换机：和 AI 有什么关系 [Table_ReportDate] 2023 年 7 月 25 日 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http://www.cindasc.com 2 证券研究报告 行业研究 [Table_ReportType] 行业专题研究 [Table_StockAndRank] 电子 投资评级 看好 上次评级 看好 [Table_Author] 莫文宇 电子行业首席分析师 执业编号：S1500522090001 联系电话：13437172818 邮箱：mowenyu@cindasc.com 韩字杰 联系人 邮箱：hanzijie@cindasc.com 信达证券股份有限公司 CINDASECURITIESCO.,LTD 北京市西城区闹市口大街9号院1号楼 邮编：100031 [Table_Title] 聊聊交换机：和 AI 有什么关系？ [Table_ReportDate] 2023 年 7 月 25 日 本期内容提要: [Table_Summary] [Table_Summary] ➢ Q：什么是协议？ ➢ A：网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。法律层面上，OSI 七层协议为国际协议。20 世纪 80 年代，为了规范化计算机之间的通信方式，从而满足开放式网络的需求，OSI（Open System Interconnection）协议被提出，其采用了一种七层网络。事实层面上，TCP/IP 协议为国际协议。在 OSI 七层协议七层模型建立之前，TCP/IP 协议簇便已开始运行，且因特网在当时已覆盖了，借因特网的助力， TCP/IP 成为了事实上的国际标准。 由于 HPC 对于网络高吞吐、低时延的要求，在数据中心中 TCP/IP 逐步过渡到 RDMA。RDMA(远程内存直接访问技术，RemoteDirect Memory Access)：能直接通过网络接口访问内存数据，无需操作系统内核的介入。这允许高吞吐、低延迟的网络通信，尤其适合在大规模并 行 计 算 机 集 群 中 使 用 。 RDMA 中 包 含 不 同 的 分 支 ， 其 中 ， Infiniband 专为 RDMA 设计，从硬件级别保证可靠传输 ，技术先进，但是成本高昂。 而 RoCE 和 iWARP 都是基于以太网的 RDMA技术。 ➢ Q：数据中心架构中，交换机有什么用？ ➢ A：交换机是一种用于电信号转发的网络设备。在数据中心中，负责将数据转发等职能。传统的数据中心往往使用三层架构，即接入层、汇聚层、核心层。接入层通常直接与服务器相连，常用的接入交换机常为 TOR（Top of Rack）交换机。汇聚层是网络接入层和核心层的 “中介（中间层）”。核心交换机为进出数据中心的包提供转发，并为汇聚层提供连接性。传统的三层网络有较为显著的缺点，并且随着云计算的发展，这些缺点愈发突出，比如带宽浪费、故障域大、时延较长等等。 叶脊架构优势明显，具有扁平化设计、低延迟、带宽高等特点。叶脊网络（leaf-spine）使得网络扁平化，其中叶交换机相当于传统的接入层交换机，脊交换机类似核心交换机。叶和脊交换机之间通过 ECMP（Equal Cost Multi Path）动态选择多条路径。当 Leaf 层的接入端口和 上 行 链 路 都 没 有 瓶 颈 时 ， 这 个 架 构 就 实 现 了 无 阻 塞 （ Non blocking）。因为 Fabric 中的每个 Leaf 都会连接到每个 Spine，所以，如果一个 Spine 出现问题，数据中心的吞吐性能只会有轻微的下降（SlightlyDegrade）。 ➢ Q：英伟达交换机=IB 交换机？ ➢ A：不是。英伟达 Spectrum 和 Quantum 平台，同时布局了以太网和IB 交换机。IB 交换机主要由厂商 mellanox 运营，英伟达于 2020 年成功将其收购。此外，英伟达 Spectrum 平台的交换机主要基于以太网，旗下产品不断迭代，2022 年发布的 Spectrum-4 是 400G 交换机产品。Spectrum 和 Quantum 平台针对不同的应用场景。在英伟达的设想中，AI 应用场景可大致分为 AI 云和 AI 工厂，在 AI 云中可以使用传统以太网交换机和 Spectrum-X 以太网，而在 AI 工厂中则需要使用NVLink+InfiniBand 的方案。 ➢ Q：英伟达 SuperPOD 如何理解？ A：SuperPOD 是服务器集群，通过将多个计算节点相连，以提供较大的吞吐性能。以英伟达 DGX A100 SuperPOD 为例， 1 个 SU 对应8 台叶交换机和 5 台脊交换机，2 个 SU 对应 16 台叶交换机和 10 台 请阅读最后一页免责声明及信息披露 http://www.cindasc.com 3 脊交换机，依此类推。此外，当 SU 数量增至 6 个以上时，官方推荐加入一层核心层交换机。 在 DGX A100 SuperPOD 中，计算网络的连接中服务器:交换机~1:1.17（以 7 个 SU 为例）；但是在 DGX A100 SuperPOD 中，这一比例为 1：0.38。若考虑到存储器及网络管理的需求，则 DGX A100 SuperPOD 和 DGX H100 SuperPOD 中服务器:交换机分别为 1：1.34 和 1:0.50。交换机用量下降，主因两种架构的推荐配置中交换机型号差异，后者无论从端口数量及速率、性能还是价值量都有明显提升。 ➢ Q：交换机市场现状？ ➢ A：交换机市场短期景气较好，随着 AI 发展，市场需求有望进一步扩大，且呈现向高端迭代趋势。 从格局上看，交换机市场尚为蓝海，思科份额较大，Arista 成长迅速。市场规模方面：2023Q1 全球以太网交换机收入 100.21 亿美元，同比+31.5%。其中，200G/400G 交换机收入同比增加 41.3%，100G 交换机收入同比+18.0%。端口出货数量方面：2023Q1 出货 2.29 亿个，同比+14.8%。其中， 200G/400G、100G 端口分别增加 224.2%、17.0%。 竞争格局优于服务器市场，思科一家独大，Arista 成长迅速。据theNextPlatform 测算，2023Q1 思科占据 46%的市场份额，约 46.1 亿美元，同比+33.7%。Arista 凭借在数据中心的出色表现，2023Q1 收入11.5 亿美元，同比+61.6%。盈利能力方面，思科和 Arista 毛利率均接近 60%。较优的格局铸就了产业链厂商良好的盈利能力，思科和Arista 的毛利率虽然由略微下降的趋势，但总体仍保持 60%左右的毛利率。展望后市，我们认为随着 AI 发展，交换机市场有望持续受益。 ➢ 投资建议： 随 AI 服务器部署渐入放量期，为发挥算力网络性能，交换机部署需求水涨船高。建议紧跟海外算力产业链放量步调，关注 A股交换机概念股，具体包括工业富联、沪电股份、生益科技等。 ➢ 风险因素：宏观经济下行风险；AI