以太網

以太網已經成為普及率最高、效率優勢明顯的計算機網絡，而其核心部件正是以太網交換機。以太網交換機是基于以太網進行數據傳輸的多端口網絡設備，隨著以太網的發展，交換機也在不斷演進。

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為了更快速的局域網連接，千兆以太網甚至萬兆以太網技術已經被應用起來，用以提供更多的總帶寬，大幅減少網絡擁塞并提高整體性能。 

千兆以太網交換機中的交換芯片

千兆以太網交換機是指上聯和下聯口都是千兆口的交換機，可理解為交換機端口支持1000M或10/100/1000M傳輸，也就是以太網交換芯片能夠支持千兆帶寬。千兆交換機在工業和商業中都有不少應用。

而且隨著云計算的快速滲透、AI和機器學習的興起、5G商用、WiFi6等通信技術的發展推動，更高速的以太網技術滲透率逐漸提高。根據IDC的以太網交換機市場報告數據，2023第一季度全球以太網交換機市場收入為100億美元，同比增長了31.5%。而其中又以千兆以太網交換機增長得最多，出貨量同比增長超過130%。

從硬件角度來看，以太網交換芯片是其核心，而以太網的電路接口部分又包含CPU、MAC層控制器和物理層接口PHY。一些以太網交換芯片會直接將CPU、PHY集成在交換芯片內部做全集成方案。

從以太網的電路接口部分細分來看，CPU、PHY往往也并不是都由獨立的芯片構成，目前主流的方案是CPU內部集成MAC，PHY采用獨立的方案，這樣技術難度不高而且成本易于把控。

同時在CPU內部集成MAC和PHY難度更高一些，而MAC和PHY全部采用獨立芯片則成本太高，只有高端的設備會考慮這種全獨立芯片的模式。

因此這里大致把交換機的核心芯片分為以太網交換芯片和以太網PHY芯片兩類。作為交換機的核芯，以太網交換芯片在很大程度上決定了以太網交換機的功能、性能和綜合應用處理能力。

交換芯片的市場格局呈現出集中度較高的行業趨勢，商用芯片層面博通、美滿和瑞昱占據了絕大多數市場份額，國內盛科、楠菲微在近年來也表現強勢呈現崛起之勢；自用芯片則以華為、思科為主。

交換芯片的發展主要朝著更低功耗更高性能以及更大的交換容量三個方向。除此之外，隨著TSN時間敏感網絡的發展，交換芯片對于TSN的支持也越來越重要，這能為設備帶來確定的低延遲端到端傳輸。

在工業場景中常用的以太網千兆交換機在TSN的支持下能為自動化帶來很多革命性的進步。交換芯片對TSN要求的支持，能夠確保通過以太網發送消息的時鐘同步，同一網絡下每個設備都處于同步狀態下，可以實現完全同步的協同工作，精準地執行各類運控、傳輸等命令。

在近期推出的一些千兆交換芯片中，還會看到使用實時引擎這種配置用于修改飛行中的以太網幀，目的也是一樣的，實現更快的循環數據速率和更低延遲。

千兆以太網交換機中的PHY芯片

以太網PHY芯片，交換機中另一個重要的芯片，它是物理層收發器基礎芯片。物理層PHY芯片指定電信號類型、信號速度、介質和連接器類型以及網絡拓撲，實施1000 Mbps的1000BASE-T、100 Mbps的100BASE-TX和10 Mbps的10BASE-T等各種以太網標準。

受益于以太網技術的推進，PHY芯片的產業規模也在持續擴張，根據中國汽車技術研究中心發布的數據統計，2021年全球以太網物理層芯片市場規模約為120億元，2022年至2025年，全球以太網物理層芯片市場規模預計保持25%以上的年復合增長率，2025年全球以太網物理層芯片市場規模有望突破300億元。

根據相關數據，不論是全球市場還是國內市場，博通、美滿、TI、高通、微芯和中國臺灣瑞昱這幾家廠商都合計占據全球超過90%的市場份額。尤其是博通、美滿和瑞昱這三家廠商，在任何以太網PHY芯片市場均表現穩定。

隨著這幾年產業鏈上下游對國內以太網芯片市場大力支持，近年不少國產PHY芯片開始涌現，正在慢慢去替代原本壟斷在巨頭廠商手中的市場份額。目前不少廠商已經在千兆以太網PHY產品上有所建樹。

如裕太微電子以工規級千兆產品占比最高，不論是單口還是多口，不論是消費級還是工業級，裕太微電子目前已經有多種千兆PHY芯片料號對應。今年發布的千兆車載PHY也是備受關注，復雜的數模混合芯片系統集成高性能SerDes、高性能ADC/DAC等AFE設計，還采用了高速DSP技術，在以太網芯片上技術實力雄厚。

景略半導體基于EtherNext技術的也發布了多款千兆PHY芯片，在車載、工業、企業應用上低功耗的優勢較為突出，在工業應用中的PHY也配置了精確定時協議（PTP）的時間戳，很契合現在工業以太網的需求。

楠菲微電子在PHY芯片上產品線不多，但技術實力很強，主打千兆和萬兆，能支持節能以太網。除此之外，鑫瑞、睿普康等國內廠商在千兆PHY上也有建樹。

雖然一些大型數據應用中，千兆也開始慢慢被2.5G/5G/10G取代，但千兆以太網交換機的應用市場非常穩定，其出貨量的快速增長也是佐證。受益于市場對于千兆以太網交換機的強勢需求，應用于其中的以太網芯片也自然有著不少的市場增長空間，值得關注。