以太网交换设备及芯片行业发展概况
思瀚产业研究院 盛科通信    2023-09-08

（1）以太网交换设备行业概况

以太网交换设备为用于网络信息交换的网络设备，是实现各种类型网络终端互联互通的关键设备。以太网交换设备对外提供高速网络连接端口，直接与主机或网络节点相连，可为接入设备的任意多个网络节点提供电信号通路和业务处理模型。

以太网交换设备在逻辑层次上遵从 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。以太网交换设备拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵，在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输和数据报文处理。

资料来源：灼识咨询

以太网逐渐赢得业界普遍认同，成为最有前途的网络技术，正成为网络领域的基础和垄断承载技术。随着以太网的发展，以太网交换设备也在持续演进。从 1989 年第一台以太网交换设备面世至今，经过 30 多年的快速发展，以太网交换设备在转发性能上有了极大提升，端口速率从 10M 发展到了 800G，单台设备的交换容量也由数十 Mbps提升到了数十 Tbps。

早期的以太网设备如集线器为物理层设备，无法隔绝冲突扩散，限制了网络性能的提高。以太网交换设备作为一种能隔绝冲突的网络设备，极大地提高了以太网的性能。随着技术的发展，如今的以太网交换设备早已突破当年桥接设备的框架，不仅能完成二层转发，也能根据 IP 地址进行三层路由转发，甚至出现工作在四层及更高层的以太网交换设备。

根据 IDC、灼识咨询数据，截至 2020 年，全球以太网交换设备的市场规模为 1,807.0亿元。2016-2020 年年均复合增长率为 3.5%，预计至 2025 年市场规模将达到 2,112.0 亿元，2020-2025 年年均复合增长率为 3.2%。

就市场发展程度而言，中国的以太网交换设备市场仍处于快速发展阶段，市场规模与成熟市场仍然存在一定差距。根据灼识咨询数据，截至 2020 年，中国以太网交换设备的市场规模为 343.8 亿元，占全球以太网交换设备市场规模的 19.0%，2016-2020 年年均复合增长率为 9.6%。预计 2025 年市场规模将达到 574.2 亿元，2020-2025 年年均复合增长率为 10.8%，将占全球以太网交换设备市场规模的 27.2%，占比将大幅提高。

（2）以太网交换芯片行业概况

1）以太网交换芯片定义及架构

以太网交换设备由以太网交换芯片、CPU、PHY、PCB、接口/端口子系统等组成，其中以太网交换芯片和 CPU 为最核心部件。以太网交换芯片为用于交换处理大量数据及报文转发的专用芯片，是针对网络应用优化的专用集成电路。

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；CPU 是用来管理登录、协议交互的控制的通用芯片；PHY 用于处理电接口的物理层数据。部分以太网交换芯片将 CPU、PHY 集成在以太网交换芯片内部。

2）以太网交换芯片工作原理

需要传输的报文/数据包由端口进入以太网交换芯片之后，首先进行数据包头字段匹配，为流分类做准备；而后经过安全引擎进行硬件安全检测；符合安全的数据包进行二层交换或者三层路由，经过流分类处理器对匹配的数据包做相关动作（比如丢弃、限速、修改 VLAN 等）；对于可以转发的数据包根据 802.1P 或 DSCP 放到不同队列的 buffer中，调度器根据优先级或者 WRR 等算法进行队列调度，在端口发出该数据包之前执行流分类修改动作，最终从相应端口发出。

资料来源：灼识咨询

4）中国以太网交换芯片使用场景整体分析

以太网交换芯片下游应用场景分为企业网用以太网交换设备、运营商用以太网交换设备、数据中心用以太网交换设备以及工业用以太网交换设备四类，以上应用场景的具体细分应用领域如下：

①企业网用以太网交换设备：可分为金融类、政企类、校园类；

②运营商用以太网交换设备：可分为城域网用、运营商承建用以及运营商内部管理网用；

③数据中心用以太网交换设备：可分为公有云用、私有云用、自建数据中心用；

④工业用以太网交换设备：可分为电力用、轨道交通用、市政交通用、能源用、工厂自动化用。

5）全球以太网交换芯片市场概况

根据灼识咨询数据，以销售额计，全球以太网交换芯片总体市场规模 2016 年为318.5 亿元，2020 年达到 368.0 亿元，2016-2020 年年均复合增长率为 3.6%，预计至 2025年全球以太网交换芯片市场规模将达到 434.0 亿元，2020-2025 年年均复合增长率为3.4%。以太网交换芯片分为商用和自用，2020 年商用和自用占比均为 50.0%。

全球以太网交换芯片自用厂商以思科、华为等为主，其自研芯片主要用于自研交换机，而非用于供应予其竞争对手。此外，自用厂商亦同时外购其他厂商的商用以太网交换芯片。思科为以太网交换机行业的领军者。

在思科的发展初期并没有成规模的商用以太网交换芯片供应商，因此思科通过自研以太网交换芯片的方式配合自研交换机的技术演进。在以太网交换芯片市场寡头竞争的情况下，其他网络设备商亦往往不会采用其主要竞争对手的芯片方案、依赖竞争对手的方案构建交换机，从而丧失自身核心竞争力，而倾向于选择商用以太网交换芯片厂商的芯片方案。

在商用方面，随着全球以太网交换芯片市场的扩大，自用厂商已无法满足下游日益增长的需求，因此全球范围内涌现出博通、美满、瑞昱、英伟达、英特尔、盛科通信等以太网交换芯片商用厂商，部分自用厂商亦通过外购商用芯片丰富自身交换机产品线。

从增长率来看，全球商用以太网交换芯片市场 2020-2025 年年均复合增长率为 5.3%，显著高于全球自用以太网交换芯片市场同期年均复合增长率 1.2%，未来以太网交换芯片市场规模的主要增量将来自商用厂商，其主要原因如下：

①以太网交换芯片天然形成的技术、资金壁垒，使得部分自用厂商难以在自身体量下同时支撑芯片的高额研发投入、高速迭代，且难以实现经济效益，从而影响自用市场的增长；

②全球以太网交换芯片未来增量主要来自于数据中心市场，而数据中心市场商用厂商起步较早，获得先发优势；

③受国际贸易摩擦引起的产业链震荡影响，自用厂商相对于商用芯片厂商对于产业链协同和产能紧缺的风险抵抗能力更低，从而影响自用芯片的增长。

6）中国商用以太网交换芯片市场概况

云计算的快速渗透、AI 和机器学习的兴起、5G 商用、WiFi 6 等通信技术的升级和企业信息化建设深入将快速推动中国以太网交换芯片市场增长。根据灼识咨询数据，以销售额计，中国商用以太网交换芯片总体市场规模 2016 年为 54.1 亿元，2020 年达到90.0 亿元，2016-2020 年年均复合增长率为 13.6%，预计至 2025 年中国商用以太网交换芯片市场规模将达到 171.4 亿元，2020-2025 年年均复合增长率为 13.8%。

此外，自用市场方面，2020 年自用以太网交换芯片规模为 35.0 亿元。由于商业模式不同，后文涉及的以太网交换芯片市场规模均为商用以太网交换芯片市场规模。

①应用场景

从应用场景看，2020 年中国商用以太网交换芯片市场方面，数据中心用、企业网用、运营商用和工业用以太网交换芯片市场规模占比分别为 58.5%、27.3%、12.7%和1.6%；预计至 2025 年，中国商用以太网交换芯片市场方面，数据中心用、企业网用、运营商用和工业用以太网交换芯片市场规模占比将分别达到70.2%、20.7%、7.8%和1.3%，商用数据中心用以太网交换芯片市场规模 2020-2025 年年均复合增长率将达到 18.0%，数据中心将成为未来中国商用以太网交换芯片市场增长的主要推动力。

A、企业网络

企业网用以太网交换芯片主要用于企业网用以太网交换设备。随着企业信息化建设不断深入，企业的生产业务系统、经营管理系统、办公自动化系统均得到大力发展，对于企业园区网的建设要求越来越高。随着企业的业务发展，出现了基于园区网基础设施的丰富增值业务需求，例如：网络接入形式要求多样化、支持 WLAN 无线接入、满足移动办公、大区域无线缆覆盖等特殊要求；对于企业用户访问外网进行计费，计费策略需灵活设置；企业多出口链路场景下的负载均衡、灵活选路需求。

同时，随着智慧办公、智慧校园等智慧生活的推广，无线网络大量覆盖，企业网用以太网交换芯片和设备需求不断增加。

根据灼识咨询数据，以销售额计，中国商用企业网用以太网交换芯片总体市场规模2016 年为 18.0 亿元，2020 年达到 24.6 亿元，年均复合增长率为 8.2%；预计至 2025 年，市场规模将达到 35.4 亿元，2020-2025 年年均复合增长率为 7.6%。

B、运营商网络

运营商用以太网交换芯片主要用于运营商用以太网交换设备。“5G 商用，承载先行”，随着 5G 大规模商用被提上日程，下游应用生态将得到快速拓展，整体流量将产生爆发式增长，从而促进网络设备产业快速发展的需求。目前全球范围内数百家运营商已宣布对 5G 进行投资，并在其现网中部署符合 3GPP 标准的 5G 技术。

作为 5G 商用的基础设施，5G 承载网的建设也成了各大运营商的重要任务之一。由于 4G 承载网与 5G 承载网之间存在较大变化，较多网络设备需要更新，因此 5G 承载网的建设会大幅提高市场对于以太网交换芯片的需求。

根据灼识咨询数据，以销售额计，中国商用运营商用以太网交换芯片总体市场规模2016 年为 9.4 亿元，2020 年达到 11.4 亿元，年均复合增长率为 4.8%；预计至 2025 年市场规模将达到 13.4 亿元，2020-2025 年年均复合增长率为 3.4%。

C、数据中心网络

数据中心用以太网交换芯片主要用于数据中心用以太网交换设备。数据中心用以太网交换设备可靠性、安全性要求更高，组网方式更简单，业务部署更快捷。数据中心用以太网交换设备以高质量的业务保证和控制识别能力为特征，实现端到端的流控与背压机制，保证数据传输的稳定可靠，平抑网络浪涌。

数据中心用以太网交换设备改变了传统交换系统的出端口缓存方式，采用分布式缓存架构，缓存相较普通以太网交换设备更大，缓存能力可达 1G 以上。对于每端口在万兆全线速条件下达到 200 毫秒的突发流量缓存能力，数据中心用以太网交换设备在突发流量的情况下，大缓存仍能保证网络转发零丢包，能够适应数据中心服务器量大、突发流量大的特点。

我国云计算正处于快速上升期，云计算政策环境日趋完善，云计算技术不断发展成熟，云计算应用从互联网行业向政务、金融、工业、医疗等传统行业加速渗透，进一步加速企业上云的进度，市场对数据中心等 IaaS 基础设施的需求将逐渐加大。自 2019 年以来，国内云计算巨头以及通信运营商不断加大云计算领域的投资，数据中心作为底层设施将直接受益。云计算业务的发展及流量增长直接驱动云厂商对数据中心的需求增长和投资。

根据灼识咨询数据，以销售额计，中国商用数据中心用以太网交换芯片总体市场规模 2016 年为 25.7 亿元，2020 年达到 52.6 亿元，年均复合增长率为 19.6%；预计至 2025年市场规模将达到 120.4 亿元，2020-2025 年年均复合增长率为 18.0%。

D、工业网络

工业用以太网交换芯片主要用于工业用以太网交换设备。工业用以太网交换设备主要应用于复杂的工业环境中的实时以太网数据传输，专为满足灵活多变的工业应用需求而设计，以提供高性价比工业以太网通讯解决方案。

工业用以太网针对工业控制的特定需求，实现了通信实时性、网络安全性、本质安全与安全防爆技术等技术需求问题，并且采用防水、防爆、抗振动、抗干扰等适合工业环境的措施。工业用以太网交换设备采用存储转换交换方式，同时提高以太网通信速度，并且内置智能报警设计监控网络运行状况，使得在恶劣危险的工业环境中工业用以太网交换设备始终能够保证以太网可靠稳定的运行。

近年来，中国智能制造项目、智能电网、城市轨道交通、市政等基础设施行业投资力度持续加大，TSN 升级带来工业用以太网交换设备更新换代的需求，加之供给侧结构性改革成效初显，工业用以太网交换设备下游市场需求稳定增长。

根据灼识咨询数据，以销售额计，中国商用工业用以太网交换芯片总体市场规模2016 年为 1.0 亿元，2020 年达到 1.4 亿元，年均复合增长率为 9.6%；预计至 2025 年市场规模将达到 2.3 亿元，年均复合增长率为 9.8%。

②端口速率

从端口速率看，以太网交换芯片可分为百兆、千兆、万兆、25G、40G、100G 及以上不等。近年数字经济的快速发展，推动了云计算、大数据、物联网、人工智能等技术产业的快速发展和传统产业数字化的转型，均对网络带宽提出新的要求，100G 及以上的以太网交换芯片需求逐渐增多，400G 端口将成为下一代数据中心网络内部主流端口形态。

根据灼识咨询数据，中国商用以太网交换芯片市场方面，2020 年，万兆级、千兆级及 100G 级以上端口速率以太网交换芯片市场规模占比最高，分别为 30.2%、28.2%和 24.1%；预计至 2025 年，100G 及以上和 25G 的中国商用以太网交换芯片市场规模将大幅增长，占比将分别达到 44.2%和 16.3%，2020-2025 年年均复合增长率将分别达到28.4%和 30.5%。

7）以太网交换芯片具备平台型、长生命周期特点

以太网交换芯片不仅涉及企业网络、运营商网络、数据中心网络和工业网络等领域网络设备商直接客户，还直接面向数据中心、运营商等最终客户。以太网交换芯片厂商通过面向网络设备商直接客户的技术迭代和实践论证，向最终客户收集一手需求、参与集采规范，并通过行业标准组织的深度参与和建言献策，实现产业闭环，完成全产业链布局。

产业链全环节的高度协同要求以太网交换芯片设计企业具有强大的产业链整合能力，在产品市场定位、技术可行性、成功量产、外协加工、下游客户开拓、客户支持及自身运营等各方面均需具备良好的基础。

一般情况下，主流网络设备商仅会选择一至两套以太网交换芯片方案。网络设备商在经过对以太网交换芯片产品的应用性能、与其自身产品线和战略的契合度、协议要求、行业技术规范等条件的严苛筛选后，方可大规模应用芯片产品。

在最终实现应用前，网络设备商将围绕以太网交换芯片平台系统性、成建制地打造软硬件研发团队、系统工程师团队、项目管理团队、营销支持团队，投入高额软硬件开发成本并进行长时间验证，关系到客户巨大的资源投入和未来在市场的核心竞争力。客户一旦选择芯片产品，将围绕该产品长期投资、持续开发，应用生命周期长达8-10年，并希望厂商提供PHY、Retimer等配套芯片。

8）网络设备商向上游扩展的情况及其对行业企业的影响

中国以太网交换机行业主要厂商包括新华三、华为、锐捷网络、思科、迈普技术、烽火通信、中兴通讯等。其中，自用厂商在自研以太网交换芯片用于自研交换机的同时，亦同时外购商用以太网交换芯片；新华三、中兴通讯、烽火通信自研路由核心芯片，以应对路由核心芯片厂商陆续关闭或被收购、无稳定芯片供应的情况，但仍主要通过外购商用以太网交换芯片满足需求。路由核心芯片主要运用于路由器，但亦可少量运用于特定应用场景的交换机中；此外，烽火通信近期推出数款定位低端接入的以太网交换芯片；根据公开渠道信息，锐捷网络、迈普技术等厂商不存在自研以太网交换芯片的情况。

基于以太网交换芯片较高的进入壁垒、与交换机的技术难点差异以及产业链资源差异使网络设备商难以进入行业、网络设备商当前自研的路由核心芯片无法实现到以太网交换芯片的简单切换、网络设备商的自研芯片难以实现经济效益等原因，网络设备商向上游扩展的情况对企业业务开拓、经营合作稳定性的影响较小，具体如下：

①以太网交换芯片具备较高技术和资金壁垒，且技术难点与以太网交换机存在较大区别，网络设备商难以进入以太网交换芯片行业

A、以太网交换芯片存在较高的技术和资金壁垒

以太网交换芯片设计具备较高的技术壁垒。随着芯片集成度不断提高，海量逻辑造成研发工程难度提高，研发周期延长。以太网交换芯片市场应用周期达 8-10 年，需要长期的技术与人才积累，要求业内企业具备较强的持续创新能力。

以太网交换芯片是计算、存储、智能连接的枢纽，需要与众多其他厂商的以太网交换芯片、网卡、光模块等器件互联互通，这对以太网交换芯片的稳健性和可靠性提出了严苛的要求。此外，在先进制程的研发方面，研发环节往往需要大量且长期的人力资本投入，并承担若干次高昂的工艺流片费用。而上述高额的各类研发支出将在企业经营过程中持续性发生。

B、以太网交换芯片和以太网交换机的技术难点存在较大区别

以太网交换芯片的技术难点主要集中于高性能交换芯片架构设计、高密度端口设计、针对不同应用场景的流水线设计，并研发配套的 SDK 软件接口。为了支撑以太网交换芯片的大规模应用，需要在产品的性能、特性、成本和功耗之间进行平衡，并同时要求厂商具备大规模数字专用芯片的验证、测试、规模量产能力。

而以太网交换机的技术难点主要集中于硬件和软件领域，在硬件设计上，需要基于交换芯片进行硬件原理图设计、布局、调试和测试，在软件方面，需要基于交换芯片的SDK 以及研发二层、三层协议栈、堆叠协议。最后基于交换机软硬件研发成果，进行大规模测试，保障产品稳定性。

C、以太网交换芯片和以太网交换机的上游产业链资源完全不同

以太网交换芯片厂商主要面对晶圆厂、封测厂等供应商，从芯片设计至流片至大规模量产等环节均需要以太网交换芯片厂商和供应商的长期投入和高度协作；网络设备商主要面对以太网交换芯片厂商、CPU 厂商、其他原材料供应商及 ODM/OEM 厂商，通过协调各类原材料供应商及 ODM/OEM 厂商实现整机制造。

因此以太网交换芯片和以太网交换机的上游产业链资源完全不同，网络设备商进入以太网交换芯片行业，重新构建产业链需要较高时间成本且存在较大难度。而在产能较为紧张的大环境下，网络设备商在供应商处获得产能席位以及后续保障充足产能均存在未知数。

因而，作为大规模数字专用芯片，以太网交换芯片天然具备研发难度高、验证周期长、资金投入大等壁垒。此外，以太网交换芯片和以太网交换机的技术难点截然不同，厂商的产业链资源亦存在较大区别，使网络设备商难以通过自主研发进入以太网交换芯片行业。

②网络设备商当前主要研发的路由核心芯片而非以太网交换芯片，两类产品存在较大差异，难以实现从路由核心芯片向以太网交换芯片的简单切换

新华三、中兴通讯、烽火通信等厂商初始自研路由核心芯片的主要原因系高端路由领域具备较为广阔的市场，但由于路由核心芯片的投入产出比不足，路由核心芯片厂商陆续关闭或被收购，导致网络设备商仅能通过自研满足其高端路由器需求。以上厂商的初始考虑并非进入以太网交换芯片行业。

基于路由核心芯片构建的以太网交换机的功能相对较为单一，无法满足以太网交换机多应用领域的复杂需求。此外路由核心芯片与以太网交换芯片的应用场景、技术难点均存在较大差异，难以实现从路由核心芯片向具备复杂业务特性、可应用于多应用领域以太网交换芯片的简单切换。

A、以太网交换芯片与路由核心芯片的应用场景区别

以太网交换芯片运用于交换机中。交换机工作在 OSI 模型二层及三层，需要覆盖大量复杂的二层和三层功能，一般通过高可配置的专用以太网交换芯片方式实现。以太网交换芯片一般内置大量存储单元的单芯片方案，从而满足高带宽、高能效比、高性价比等要求。

路由核心芯片运用于路由器中。路由器应用于网络之间的连接，因而要求高表象、高灵活性，通过可编程的路由核心芯片以多芯片协作方式解决。

B、以太网交换芯片与路由核心芯片的技术难点区别

以太网交换芯片通过将大量功能专用逻辑化、最优化以达到高带宽、多功能、低成本，其难点在于需要海量的功能特性相辅相成、协同工作，需要坚实的行业基础以及长期的试错形成技术积累。

路由核心芯片以集成可编程 CPU 核方式实现灵活性，需克服大量 CPU 内核协同的难点，而非通过最优的逻辑化实现。路由核心芯片的技术难点较为集中，因此对于行业基础和技术经验的要求相对较低。

③网络设备商的自研芯片难以实现经济效益

A、以太网交换芯片研发投入较大，网络设备商实现的收益难以覆盖成本

以太网交换芯片的研发周期较长，需要长期的技术与人才积累以及高额的研发投入，体量相对较小的网络设备商通常无法支撑较高的投入成本，而倾向于不向上游延伸产业链。即使网络设备商自研以太网交换芯片形成规模量产，其自身交换机整机销售形成的利润体量亦较难对芯片前期的高昂投入形成有效覆盖。

B、网络设备商的自研芯片难以对竞争对手实现销售

中国以太网交换机市场呈现寡头竞争格局，根据 IDC 数据，2020 年，中国交换机市场前五大品牌厂商分别为华为、新华三、锐捷网络、思科和迈普技术，其市场份额分别为 40.0%、36.2%、12.2%、5.4%和 1.5%，前五大厂商集中度达到 95.3%。在寡头竞争的情况下，即使部分网络设备商自研以太网交换芯片形成规模量产，其他网络设备商亦往往不会采用其主要竞争对手的芯片方案、依赖竞争对手的方案构建交换机，从而丧失自身核心竞争力，而倾向于选择商用以太网交换芯片厂商的芯片方案。

另一方面，网络设备商通过长期研发、高额投入、长期验证形成的自研以太网交换芯片方案更倾向于构建自研以太网交换机，而非为竞争对手提供其优势方案。

从历史情况来看，华为和思科的自研以太网交换芯片主要运用于自有以太网交换机中，而非用于供应予其竞争对手。可见网络设备商一方面不会采购其他竞争对手的自研芯片，其自研芯片亦不会选择对外销售。