自研芯片是數(shù)據(jù)中心交換機的護城河么

1、目錄投資聚焦 1 HYPERLINK l _TOC_250012 核心問題 1 HYPERLINK l _TOC_250011 核心觀點 1 HYPERLINK l _TOC_250010 Arista 和博通，從兩家公司看交換機商用芯片的成功 2 HYPERLINK l _TOC_250009 Arista：通過“通用芯片+開放 OS”戰(zhàn)略在數(shù)據(jù)中心異軍突起 3 HYPERLINK l _TOC_250008 博通：商用芯片的主要提供者，市占率高達 80% 4 HYPERLINK l _TOC_250007 Intel 和 Mellanox：第三方商用芯片的重要補充者 6 HYPERLINK

2、 l _TOC_250006 商用+自研芯片：思科和華為在不同場景的現(xiàn)實選擇 8 HYPERLINK l _TOC_250005 思科：在數(shù)據(jù)中心交換機中大量采用了博通的商用芯片 8 HYPERLINK l _TOC_250004 自研芯片的邏輯 1：博通優(yōu)先開發(fā)量大的場景，量少的芯片上市時間較晚 9 HYPERLINK l _TOC_250003 自研芯片的邏輯 2：在高端市場，華為和思科需要通過自研芯片實現(xiàn)差異化 11 HYPERLINK l _TOC_250002 通用與開放：數(shù)據(jù)中心擁抱商用芯片的根本原因 12 HYPERLINK l _TOC_250001 通用芯片：更好地通過豐富的

3、 API 支撐上層應用的開發(fā) 13 HYPERLINK l _TOC_250000 相輔相成：底層商用芯片和上層搭建的應用互為支撐，形成開放的趨勢 15風險因素 16投資建議 16插圖目錄圖 1：交換機框圖（以 Nexus 3548 為例） 2圖 2：交換機芯片示意圖（以 Trident 2 為例） 2圖 3：博通三條芯片研發(fā)路線各有主要應用特色 5圖 4：博通的交換機芯片帶寬增速超越摩爾定律 6圖 5：Barefoot Tofino 芯片產(chǎn)品主推高性能與可編程性 6圖 6：Innovium Teralynx 系列產(chǎn)品最新產(chǎn)品實現(xiàn)了 25.6T 帶寬，800G 端口 7圖 7：Mellanox

4、 的 Spectrum 3 芯片與基于該芯片的整機交換機 7圖 8：思科基于商用芯片的交換機產(chǎn)品 8圖 9：思科由商用芯片轉向自研芯片 10圖 10：思科、broadcom 等廠商的產(chǎn)品上市時間 11圖 11：華為搭載 AI 能力的 CloudEngine 系列交換機 11圖 12：CloudEngine 系列下的 AI 時代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡 11圖 13：華為 solar 芯片 12圖 14：基于 solar 芯片與昇騰搭建的底層甲酸架構 12圖 15：底層芯片被調用原理 13圖 16：阿里云 API 接口類型 13圖 17：交換機系統(tǒng)基礎架構 14圖 18：博通 API 與 SDK 包 15圖

5、 19：各類型芯片出貨量預測 16表格目錄表 1：Arista 主要產(chǎn)品型號與使用芯片 4表 2：銳捷網(wǎng)絡交換機芯片 4表 3：Broadcom 主要產(chǎn)品序列 5表 4：市場主要商用芯片產(chǎn)品性能與上市時間 7表 5：思科交換機所采用的芯片 9 投資聚焦核心問題Arista 在過去幾年依靠數(shù)據(jù)中心交換機取得了巨大的成功。在交換機這個領域，既有思科、華為這樣進行垂直一體化的公司，也有 Arista、銳捷一樣采用商用芯片，依靠開放性來贏得商業(yè)成功的公司。其實我們可以看到，在數(shù)據(jù)中心交換機這個領域，最受歡迎的是以博通為代表的第三方商用芯片。由于數(shù)據(jù)中心交換機的下游客戶是云廠商或者說互聯(lián)網(wǎng)廠商，它們需要

6、管理龐大的數(shù)據(jù)中心交換機集群，因此芯片及其上層 OS 提供的 API 接口的開放性和豐富性是非常重要的。所以我們能看到包括思科和華為在該領域依然也在使用博通的芯片。所以我們認為，數(shù)據(jù)中心交換機的護城河，不是在底層自研芯片，而是在上層基于芯片打造開放、好用的 OS，以及搭建完善的服務體系。核心觀點-Arista 和博通兩類公司共同鑄就了通用芯片在數(shù)據(jù)中心交換機里的輝煌Arista：通過“通用芯片+開放 OS”戰(zhàn)略在數(shù)據(jù)中心異軍突起。Arista 在思科一家獨大的交換機市場獲得成功，市占率從 2012 年的 2%上升至 2019 年的 7.0%，成為市場第三。Arista 通過擁抱“通用硬件+開放

7、 OS”的趨勢，取得了巨大的成功。而銳捷網(wǎng)絡芯片與 Arista 類似，應用了 Broadcom 與 Barefoot 的商用芯片搭建整套產(chǎn)品體系，用更開放的體系來贏得市場份額。博通：商用芯片的主要提供者，市占率高達 80%。Broadcom 為首的商用芯片目前實現(xiàn)全覆蓋，19 年 12 月的最新芯片 tomahawk4 向市場出貨，400G，保證了市場上使用商用芯片的廠商的供給，目前使用的廠商包括了 Juniper、Arista 等的最新型號交換機。而Intel 的 Barefoot、Mallonox 等均為差異化市場供應了可編程芯片、高性價比芯片等產(chǎn)品。-商用+自研芯片：思科和華為在不同場

8、景的現(xiàn)實選擇思科和華為依然廣泛采用博通芯片。與市場上的印象不一樣，思科和華為在數(shù)據(jù)中心交換機，以及中低端的園區(qū)交換機里大量采用了博通的 Toamhark 和 Trident 芯片，自研的部分主要是中高端的框式交換機。為什么思科和華為需要自研交換芯片：從供給上來講，博通等第三方芯片公司會主要注重數(shù)據(jù)中心的葉、脊交換機芯片的開發(fā)，以及園區(qū)中低端交換機芯片的開發(fā)，這一塊有較大的出貨量。而對于框式交換機等使用量較小的高端產(chǎn)品，其產(chǎn)品開發(fā)路標時間往往比較靠后，從而難以滿足思科、華為等大廠的需求。從需求的角度來說，在一些高端場景，比如運營商城域、核心局點的交換機，更看重產(chǎn)品的性能、豐富的功能，而非性價比和

9、開放性，出于差異化競爭的角度，思科、華為等頭部公司也有動力通過自研芯片來實現(xiàn)和競爭對手的差異性。-通用與開放：數(shù)據(jù)中心擁抱商用芯片的根本原因下游客戶主要為云計算廠家或互聯(lián)網(wǎng)廠家決定了對開放性的訴求。數(shù)據(jù)中心下游客戶主要為互聯(lián)網(wǎng)公司，一方面，其對軟件管理的便利程度和應用生態(tài)快速拓展要求較高，這需要交換機具有較高的開放性。隨著軟件開發(fā)工具的發(fā)展，越來越多的企業(yè)將軟件作為其價值增長的主要途徑，而越來越多的軟件繼續(xù)進入數(shù)據(jù)中心，這要求數(shù)據(jù)中心管理者具有前所未有的靈活性水平。阿里、谷歌等互聯(lián)網(wǎng)公司也在其硬件底層架構上開發(fā)出豐富的軟件生態(tài)，而這正是這些互聯(lián)網(wǎng)公司的核心競爭力。底層商用芯片和上層搭建的應用互

10、為支撐，形成開放的趨勢。一旦形成軟件生態(tài)環(huán)境構成，其大量應用和數(shù)據(jù)決定了底層硬件設備的不可替換性，這為通用芯片的市場份額的鞏固和擴張?zhí)峁┝吮Ｕ?。根?jù) IHS Market 預測，數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)交換機市場中，商用芯片出貨將在 2023 年達到所有芯片的 62%，高于 2018 年的 56%；與此同時，專有/定制芯片將從 2018 年的 38%下降至 2023 年的 25%左右，可編程芯片將從 2018 年的 6%上升至 2023 年的 13%。 Arista 和博通，從兩家公司看交換機商用芯片的成功目前交換機中主流應用的芯片為 ASIC 芯片，起到了數(shù)據(jù)交換的作用，將交換機的數(shù)據(jù)流量通過 ASI

11、C 進行限速處理后轉發(fā)出去，起到數(shù)據(jù)接收、轉發(fā)決策、報文存儲、報文編輯等操作。圖 1：交換機框圖（以 Nexus 3548 為例）圖 2：交換機芯片示意圖（以 Trident 2 為例）資料來源：cisco資料來源：cisco交換機芯片的主要影響參數(shù)為總帶寬、端口與緩沖（Buffer），總帶寬取決于芯片的計算能力，也直接決定了交換機吞吐量的交換性能；端口數(shù)量提升能夠提供低延遲、單跳網(wǎng)絡等性能；Buffer 能力提供給了交換機應對大數(shù)據(jù)流量的緩沖能力。綜合來說，交換機芯片對交換機性能起到關鍵影響。傳統(tǒng)的 ASIC 芯片的主要缺點在于固化，一旦開發(fā)完畢后無法拓展其他應用，不靈活，難以將新功能加入到

12、硬件當中。這使得客戶如果想要使用新應用，就要重新更換一整套硬件設備。在目前數(shù)據(jù)中心客戶對各種新的功能應用有旺盛需求的背景下，可編程芯片成為了重要發(fā)展方向。Arista：通過“通用芯片+開放 OS”戰(zhàn)略在數(shù)據(jù)中心異軍突起Arista 在數(shù)據(jù)中心交換機領域獲得成功我們已經(jīng)在上一篇報告中提及（詳細請閱讀：銳捷網(wǎng)絡，會成為中國版的 Arista 么？（一）20200528），在此不再贅述，僅僅通過幾個數(shù)據(jù)來表明它在此前的競爭中展現(xiàn)出了自身的市場競爭力：Arista 在交換機領域市占率從 2012 年的 2%上升至 2019 年的 7.0%，成為市場第三，近年間憑借自身的優(yōu)勢成功撕破思科封堵，逐步蠶食思

13、科的市場份額。而在此之前，思科在全球市場占有率達到了 60%，屬于行業(yè)霸主的地位。過去五年營收從 2015 年的 8.38 億美元增長到 2019 年的 24.1 億美元，CAGR 高達30.2%；而凈利潤則從 2015 年的 1.21 億美元增長到 2019 年的 8.60 億美元，CAGR 更是高達 63.2%。Arista 產(chǎn)品收入由 2015 年的 7.45 億美元增長到 2019 年的 20.21 億美元，復合增長率 28.35%，毛利率也維持在比較穩(wěn)定的水平，一直在 60%左右；而服務收入的增長則更為迅速，由 2015 年的 9270 萬美元增長到 2019 年的 3.90 億美元

14、，CAGR 為 43.2%，毛利率則一路攀升到 2019 年的 81%，處于一個相當高的水平。Arista 的突圍表現(xiàn)出了一種商業(yè)模式的勝利，也就是我們在上一篇報告中論證的“白盒+OS 模式”。而在這篇報告中，我們主要在芯片層進行觀察，Arista 與思科、華為等廠商在芯片方面最大的差異就是：思科、華為均擁有大量自研芯片，而與之相反，Arista 全部產(chǎn)品均依靠商用芯片。Arista 的交換機產(chǎn)品芯片采用了以博通為主，其他廠家為輔的策略。相較于服務器廠商，交換機廠商一般僅僅公開以太網(wǎng)和 TCP/IP 協(xié)議棧，而對于交換機芯片與內(nèi)部組件一般不太提及。我們通過官方各類宣傳材料，總結歸納 Arist

15、a 的芯片是以采用 Broadcom（博通）為主，同時也采用了包括 Intel、Cavium、Barefoot 在內(nèi)的其他廠商的芯片，以滿足其不同產(chǎn)品的需求。Arista 借助了 Broadcom 規(guī)模量產(chǎn)的兩大產(chǎn)品 Trident 三叉戟系列，與 Tomahawk 戰(zhàn)斧系列，實現(xiàn)了從低到高帶寬（10G-400G）的交換機型號全覆蓋，滿足了當前數(shù)據(jù)中心的主流需求；同時，在低時延（low-tancenty，如金融交易領域）場景下，與 Intel等廠商合作，使用特種芯片 FM6000 完成交換機設計；在大緩存（Big buffer，如視頻流量較大的數(shù)據(jù)中心）場景下，借助博通的 Jericho 系列

16、芯片的大緩存優(yōu)勢得以實現(xiàn)對場景的優(yōu)秀把控。表 1：Arista 主要產(chǎn)品型號與使用芯片系列產(chǎn)品代表型號芯片廠商具體芯片型號Low-tancenty7150Intel、Fulcrum AltaFM6000、Fulcrum BaliBig Buffer7280BroadcomJericho（包括 Jericho、Jericho+、Quram）10GE7050Broadcom、CaviumTrident、XP8025GE7060、7160Broadcom、CaviumTomahawk、Trident、XP8040GE7250、7260、7050 高端系列BroadcomTrident+、Triden

17、t2、Tomahawk100GE7060、7160、7260、7050、7170 高端系列Broadcom、Cavium、barefootTomahawk 2、Trident 3、XP80、barefoot400GE7060 高端系列BroadcomTomahawk 3資料來源：公司官網(wǎng)， 與 Arista 類似，2010 年 12 月，銳捷發(fā)布了全面基于云計算特性的數(shù)據(jù)中心交換機，并自主研發(fā)了RGOS 網(wǎng)絡操作系統(tǒng)平臺。銳捷網(wǎng)絡采用了多項全球的通用標準與創(chuàng)新技術，具備融合網(wǎng)絡、虛擬化、無阻塞交換網(wǎng)絡、智能化等功能，用以解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡設備數(shù)量多，成本高等瓶頸問題，為云計算網(wǎng)絡構建硬件側的

18、底層架構。通過公司在部分產(chǎn)品資料的備注、博通、Barefoot 公布的合作伙伴介紹當中我們可以總結出，與 Arista 一樣，銳捷網(wǎng)絡大部分產(chǎn)品應用了 Broadcom 的商用芯片，并使用了 Barefoot 的可編程芯片型號 Tofino。表 2：銳捷網(wǎng)絡交換機芯片博通B6930-32CDQ2XS 使用 Tomahawk 3（銳捷網(wǎng)絡產(chǎn)品說明書） Tomahawk 4 預計使用（2019 年 12 月博通產(chǎn)品發(fā)布會） Jericho2（2018 年博通產(chǎn)品發(fā)布會）Trident3（2017 年博通產(chǎn)品發(fā)布會）Barefoot6.5Tbps Tofino 系列（2017 年公告）資料來源：公司

19、產(chǎn)品手冊，博通產(chǎn)品發(fā)布會聲明、Barefoot 公司公告， 博通：商用芯片的主要提供者，市占率高達 80%在當下的時間點來看，對于后進入的交換機廠商而言，第三方商用芯片廠商已經(jīng)可以為他們提供各種帶寬、各種應用場景下的不同芯片。第三方廠商產(chǎn)品類別的完備性也使得交換機廠商在做所有產(chǎn)品時都能有所選擇。尤其是 2019 年 12 月，支持 400G 的Tomahawk 4 芯片的問世，其 25.6Tbs 滿足了高端數(shù)據(jù)中心交換機最高規(guī)格的需求。在第三方交換機芯片提供廠商當中，Broadcom 是毫無疑問的市場領導者，其交換芯片產(chǎn)品在超大規(guī)模的云數(shù)據(jù)中心、HPC 集群與企業(yè)網(wǎng)絡當中占據(jù)了 80%以上的網(wǎng)

20、絡設備份額。公司主要芯片產(chǎn)品線包括了 Jericho、Trident、Tomahawk 三個產(chǎn)品線。圖 3：博通三條芯片研發(fā)路線各有主要應用特色資料來源：博通Jericho 系列芯片由Broadcom 在 2009 年 12 月收購專門從事數(shù)據(jù)中心高端交換芯片開發(fā)的 Dune Networks 公司得來，其深度包緩存能力使其在 Big Buffer（大緩存）應用場景下有著極高的競爭力。Trident 產(chǎn)品系列自 2010 年推出，主推更多網(wǎng)絡協(xié)議特性和帶寬；2014 年又推出 Tomahawk 系列，針對超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和云廠家進行定制化設計，主推大帶寬、可編程特性，端口速率最小為 25Gbp

21、s。博通希望三個產(chǎn)品線能夠平行發(fā)展，各自針對不同下游應用場景，基本完整覆蓋了交換機的使用范圍。表 3：Broadcom 主要產(chǎn)品序列產(chǎn)品特征主要應用場景最新一代2019 年 Jericho 2：9.6Tb/s 的聚合帶寬、Jericho外延式、可編程、大緩存電信級城域匯聚機框式交換機/路由器Trident多功能、可編程企業(yè)數(shù)據(jù)中心/園區(qū)/無線交換等超大規(guī)模云網(wǎng)絡/存儲網(wǎng)絡/高性能計Tomahawk最大帶寬算等資料來源：博通官網(wǎng)， 24*400GbE 端口、擁有基于 HBM 的深度包緩存2019 年 Trident 4：12.8TP/s 聚合帶寬、128100 Gbps、32400 Gbps 端

22、口、PAM-4 編碼2019 年 Tomahawk 4：12.8TP/s 聚合帶寬，64*400Gbps博通商用芯片的廣泛市場覆蓋、以及其超越摩爾定律的帶寬增長速率，使得博通芯片的研發(fā)節(jié)奏決定了市場上主流交換機的主要種類。2019 年年底 Tomahawk4 的發(fā)售正式將超大型數(shù)據(jù)中心拉入 400G 時代，預計 2020 年下半年將會看到各種廠商基于商用芯片的 400G 交換機出貨，帶動行業(yè)的更新?lián)Q代過程。圖 4：博通的交換機芯片帶寬增速超越摩爾定律資料來源：博通Intel 和 Mellanox：第三方商用芯片的重要補充者除博通之外，Barefoot（已經(jīng)被 Intel 收購）、Mellano

23、x、Cavium、Innovium 等第三方廠商，他們各自借助可編程性、帶內(nèi)網(wǎng)絡遙測（in-band network telemetry）等獨特優(yōu)勢，在 Broadcom 之下也獲得了自己的市場空間。BarefootIntel 一體化策略的重要一環(huán)。Barefoot 的核心競爭力之一，就是提出了一種通用的、協(xié)議無關的、可編程的交換機芯片架構：Barefoot 的主推芯片 Tofino 是一款可編程交換芯片，與其匹配的是一整套完整的編程語言、編譯器和系統(tǒng)架構，目的就是為了通過編程實現(xiàn)各種標準或自定義的網(wǎng)絡包處理規(guī)則，而無需進行架構修改，兼容性與開放性為 Barefoot 提供了相比巨頭 Broa

24、dcom 的差異化競爭優(yōu)勢。圖 5：Barefoot Tofino 芯片產(chǎn)品主推高性能與可編程性資料來源：BarefootInnovium 是業(yè)內(nèi)最早推出 800G 端口的廠商，而 Innovium 與 Cisco 保持了緊密的關系，并且為 Cisco 提供產(chǎn)品。圖 6：Innovium Teralynx 系列產(chǎn)品最新產(chǎn)品實現(xiàn)了 25.6T 帶寬，800G 端口資料來源：Innovium圖 7：Mellanox 的 Spectrum 3 芯片與基于該芯片的整機交換機資料來源：Mellanox截止到 2019 年底，市場上能夠購買到的商用芯片已經(jīng)非常全面。2019 年底或 2020年初上市了一批

25、面向大帶寬的最新產(chǎn)品，使得交換機廠商擁有充足的選擇空間。Arista 與 Juniper 已經(jīng)率先公布了基于博通的商用芯片的 400G 交換機，我們預計到了 2020 年下半年，更多基于商用芯片的交換機型號將會問世。表 4：市場主要商用芯片產(chǎn)品性能與上市時間品牌產(chǎn)品系列產(chǎn)品細分總帶寬端口最大速率Buffer發(fā)售時間BroadcomTomahawkTomahawk13.2Tbps32100Gbps16MB2014Tomahawk26.4Tbps64x100Gbps42MB2016Tomahawk312.8Tbps32x400Gbps64MB2018品牌產(chǎn)品系列產(chǎn)品細分總帶寬端口最大速率Buffe

26、r發(fā)售時間Tomahawk425.6Tbps64x400Gbps2019TridentTrident640Gbps6410Gbps9MB2010Trident21.28Tbps3240Gbps12.2MB2012Trident2+1.28Tbps3240Gbps16MB2015Trident33.2Tbps32100Gbps32MB2017Trident412.8 Tbps32400 Gbps2019JerichoJericho720 Gbps6100 Gbps4GB2015Jericho+900 Gbps9100 Gbps8GB2016Jericho210 Tbps24400 Gbps9GB

27、2018MellanoxSpectrumSpectrum14Tbps40100Gbps4.6MB2015Spectrum26.4Tbps16400Gbps42MB2017Spectrum312.8 Tbps32400Gbps2020BarefootTofinoTofino6.5Tbps65 x 100Gbps22MB2016Tofino212.8Tbps32x400Gbps2018CaviumXpliantXP60720 Gbps7210Gbps2014XP701.8 Tb/s7225Gbps2017InnoviumTeralynxTERALYNX56.4Tbps12850Gbps45MB +

28、TERALYNX712.8Tbps32400Gbps70 MB2017TERALYNX825.6Tbps32 x 800Gbps170 MB2020資料來源：各公司官網(wǎng)、 商用+自研芯片：思科和華為在不同場景的現(xiàn)實選擇Arista 作為一個單獨的案例，并不能完全說明博通的商用芯片在數(shù)據(jù)中心取得了多大的成功。如果我們拆解一下思科交換機芯片的情況，則會更有說服力。思科：在數(shù)據(jù)中心交換機中大量采用了博通的商用芯片思科作為交換機領域的領導者，在擁有自研芯片能力的前提下，也在部分型號中大規(guī)模地使用商用芯片。思科技術營銷工程師在思科 Live 中向市場公開了思科部分的技術信息，包括了此前詳細介紹的 Tri

29、dent、Jericho、Tomahawk、Tofino 商用芯片系列。圖 8：思科基于商用芯片的交換機產(chǎn)品資料來源：next platform，ciscoN 系列交換機是 Cisco 的數(shù)據(jù)中心交換機系列，N3000 系列滿足了葉、脊、接入、核心、大緩沖、低時延、各種帶寬等在內(nèi)的多種應用場景。在 3000 系列中，思科使用了大量商用芯片，并且相比它的高端系列（9 系列），更為強調開放性。由于很多數(shù)據(jù)中心已經(jīng)就 trident 系列與 tomahawk 系列進行了標準化，思科大量采購博通芯片是出于對數(shù)據(jù)中心大客戶需求的滿足。但是在針對最高端的 9000 系列，思科還是全部使用自研的芯片。表 5

30、：思科交換機所采用的芯片產(chǎn)品選用芯片3064X、3048、3132Q、3172PQTrident +3132Q-V、31108PC-V、9500-RTrident II+C3264C-ETomahawk IIC3432D-XInnovium TeralynxN9k-X9636Q-RJerichoC34180Barefoot Tofino9200、9300、9600 系列Cisco Nexus switches w ACI silcon(自研)7000、7700 系列Nexus 7000/7700（自研）5000、6000 系列Virtual Output Port queuing（自研）資料來

31、源：公司官網(wǎng)， 對于思科來說，商用芯片在數(shù)據(jù)中心的廣泛使用使得它也需要選用博通為首的商用芯片，或者至少研發(fā)與它們互通的芯片。在這個領域，博通本質上實現(xiàn)了“反客為主”，使用商用芯片已經(jīng)不僅僅是一個選項，而成為了一個加分項。對云廠商而言，商用芯片為即使不同的供應商提供的產(chǎn)品也提供了操作一致性，這意味著無論從哪個廠商采購交換機，都可以利用一部分相同的基本特征，如 API 輸出端口等。根據(jù) IHS Market 預測，數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)交換機市場中，商用芯片出貨將在 2023 年達到所有芯片的 62%，高于 2018 年的 56%；與此同時，專有/定制芯片將從 2018 年的 38%下降至 2023 年的

32、 25%左右，可編程芯片將從 2018 年的 6%上升至 2023 年的 13%。對于交換機廠商來說，在數(shù)據(jù)中心交換機領域使用博通的芯片是一種趨勢，即擁抱通用、擁抱開放的趨勢。自研芯片的邏輯 1：博通優(yōu)先開發(fā)量大的場景，量少的芯片上市時間較晚博通的商用芯片雖然市占率很高，但并不能解決所有的問題。從商業(yè)邏輯上來講，博通會選擇優(yōu)先開發(fā)量比較大的數(shù)據(jù)中心交換機芯片，比如葉交換機、脊交換機，以及園區(qū)交換機。對于一些高端交換機，比如框式交換機，由于體量不如前面幾種大，那么開發(fā)的優(yōu)先級就需要往后排一下。因此對于思科這樣的頭部企業(yè)，其采用的策略也會是一手在數(shù)據(jù)中心、園區(qū)交換機等量大的場景用價廉物美的博通商用

33、芯片。另一方面，在高端框式交換機里，由于博通并不能從開發(fā)進度上滿足其需求，也大量采用了自研芯片。除此之外，博通的產(chǎn)品無法覆蓋思科的所有需求也是思科自研芯片的另一個原因。在交換機這個市場上，華為也采用了和思科相同的策略。我們可以從圖 9 清晰地看到，思科在中低端的 N3000 系列交換機里，采用的是博通的 Trident 及 Tomahawk 系列。而在 N9000 系列中高端交換機里，則同時采用了博通芯片和自研芯片。圖 9：思科由商用芯片轉向自研芯片資料來源：cisco博通作為一個第三方芯片廠商，從時間進度上而言并不是總能很好地匹配思科等頭部企業(yè)的需求，這是思科等企業(yè)需要在部分場景自研芯片的一

34、個原因。比如說促使思科在 2016 年 3 月研發(fā)自己的新一代芯片的原因在于當時在市場上的 Trident II 與 Tomahawk 仍是 28nm 的時候，思科希望能夠率先使用 16nm 的交換機芯片。并且對于多產(chǎn)品線的大公司而言，市場上的商用芯片可能不足以滿足其想要開發(fā)的機型的性價比選擇。同樣以思科舉例，在 2016 年時，思科希望能夠提供給市場一個 48 個端口和六個以 100 Gb /秒上行的 25G 交換機，并盡量壓低成本，但博通的 Trident 系列帶寬不足，而 Tomahawk 系列帶寬高達 3.2Tbps 遠遠超過了思科自身產(chǎn)品 1.8Tb/s 的需求，使得成本過高。對于思

35、科這種體量的巨頭而言，自研芯片使用就成為了一個可行的選項。思科在 9000系列當中應用了自研的 Cisco Scale 交換機芯片系列，包括了 Alpine、Northstar 與更新的三款芯片。雖然技術水平和博通的芯片并沒有多大差異，但更符合自身交換機需求，滿足提升性價比的需要。圖 10：思科、broadcom 等廠商的產(chǎn)品上市時間資料來源：各公司官網(wǎng)材料， 自研芯片的邏輯 2：在高端市場，華為和思科需要通過自研芯片實現(xiàn)差異化雖然超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心對自研軟件系統(tǒng)+白盒交換機的青睞是大趨勢。但是一些高端場景要更加注重提高業(yè)界領先的性能，以及一些差異化的性能，而在此種場景下研發(fā)自有芯片，形成和競爭

36、對手的差異化，是獲得商業(yè)競爭優(yōu)勢的一個重要砝碼。由于此類場景芯片的需求體量并不太大，博通的商用芯片在此類場景中成本并沒有多大的優(yōu)勢。比如說，華為的最高端產(chǎn)品 CloudEngine 系列就在自研 solar 芯片+AI 芯片的技術上獲得了創(chuàng)新性的優(yōu)勢。圖 11：華為搭載 AI 能力的 CloudEngine 系列交換機圖 12：CloudEngine 系列下的 AI 時代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡資料來源：華為資料來源：華為華為最早在 1999 年就開始自主研發(fā)路由器芯片，用時 5 年在 2004 年實現(xiàn)商用。 CloudEngine 采用業(yè)界最高密度 48 端口 400GE 線卡，并通過 AI 芯片實現(xiàn)網(wǎng)

37、絡邊緣智能化水平提升。在 HPC 高性能計算場景中，CloudEngine 系列數(shù)據(jù)中心交換機比業(yè)界最高標準提高任務完成率 30%，同時在分布式 AI 訓練上可提升 28%的訓練效率。這些都是單純依賴商用芯片難以實現(xiàn)的優(yōu)勢，也是華為力圖爭奪高端核心層市場的競爭優(yōu)勢。圖 13：華為 solar 芯片圖 14：基于 solar 芯片與昇騰搭建的底層甲酸架構資料來源：華為資料來源：華為華為自研芯片的邏輯與思科大致類似，但不同的是，華為自研芯片還有 BCM（business continuity management）的考慮。在極端情況下，如果上游的芯片不可獲得，華為需要有繼續(xù)生存和造血的能力。與消費

38、電子、通信基站等業(yè)務類似，華為的 solar 芯片的自研貫徹了華為自身的 BCM戰(zhàn)略。對于華為來說全面采用商用芯片并不是其戰(zhàn)略，華為力圖保證自身供應鏈安全可靠，這也為當前情況下，華為的交換機業(yè)務提供了可靠性的保證。Solar 與昇騰 310 一起構建了華為的智能數(shù)據(jù)中心底層核心能力架構。 通用與開放：數(shù)據(jù)中心擁抱商用芯片的根本原因數(shù)據(jù)中心下游客戶主要為互聯(lián)網(wǎng)公司，一方面，其對軟件管理的便利程度和應用生態(tài)快速拓展要求較高，這需要交換機具有較高的開放性。隨著軟件開發(fā)工具的發(fā)展，越來越多的企業(yè)將軟件作為其價值增長的主要途徑，而越來越多的軟件繼續(xù)進入數(shù)據(jù)中心，這要求數(shù)據(jù)中心管理者具有前所未有的靈活性水

39、平。例如阿里云開發(fā)社區(qū)是阿里技術人員對外發(fā)布的技術內(nèi)容的最大平臺，社區(qū)覆蓋了云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、IOT、云原生、數(shù)據(jù)庫、微服務、安全等多個應用領域，形成了豐富的軟件應用生態(tài)環(huán)境。和阿里一樣，谷歌等互聯(lián)網(wǎng)公司也在其硬件底層架構上開發(fā)出豐富的軟件生態(tài)環(huán)境，而這正是這些互聯(lián)網(wǎng)公司的核心競爭力。另一方面，相比于傳統(tǒng)企業(yè)級客戶，互聯(lián)網(wǎng)公司更具有軟件開發(fā)和運營維護的能力。從技術方面來講，實現(xiàn)網(wǎng)絡的開放性有兩個大的方面：一是通過使用一些管理軟件，提升網(wǎng)絡自動化的管理水平，支持廣泛的自動化特性，為外部已有的工具以及客戶開發(fā)的工具 提供全面的統(tǒng)一 API 網(wǎng)絡接口；二是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡、支持可編程、可編排的能

40、力。而 Amazon、 Microsoft、Google、Facebook、騰訊、阿里等巨頭有一定的獨立研發(fā)和運維能力，能夠對 大型網(wǎng)絡形成有效管理。通用芯片：更好地通過豐富的 API 支撐上層應用的開發(fā)應用軟件生態(tài)環(huán)境的構建需要由底層芯片支撐，開發(fā)者通過操作系統(tǒng) OS 的 API 接口對底層芯片數(shù)據(jù)包 SDK 進行調用。底層硬件的半導體產(chǎn)業(yè)一般分為集成電路和分立器件兩大類，集成電路又分為數(shù)字電路和模擬電路，數(shù)字電路中的微處理器為主平臺類芯片，其內(nèi)置的 SDK 包有完整的文檔和部分產(chǎn)品代碼，軟件開發(fā)者可以通過操作系統(tǒng)的 API 接口調用 SDK 包進行軟件開發(fā)，從而構建需要的生態(tài)系統(tǒng)。圖 15

41、：底層芯片被調用原理資料來源：CSDN， 不同的應用軟件需要構建不同的 API 接口，所以一個應用軟件社區(qū)需要大量的 API 接口作為支持。圖 16 是阿里云社區(qū)的 API 接口類型，其對應的金融理財、交通地理、電子商務、氣象水利等應用都需要不同的 API 接口去調用底層芯片的數(shù)據(jù)包，API 接口數(shù)量多達上百種。圖 16：阿里云 API 接口類型資料來源：阿里云， 商用芯片與專用芯片的明顯區(qū)別在于內(nèi)置 SDK 包類型的不同。商用型芯片的 SDK 包一般為通用型，有完整的文檔和部分產(chǎn)品代碼，可以受各種軟件開發(fā)過程中的大量 API 調用，從而實現(xiàn)豐富的應用軟件構建。而傳統(tǒng)交換機中的芯片或者自研芯片

42、一般為半通用或者鎖死狀態(tài)，芯片的基本應用方向和大概場景都已經(jīng)被限定，開發(fā)者的代碼框架也只能按照被限定的方向開展，缺乏變動空間，從而無法支撐軟件生態(tài)社區(qū)的構建。封閉式傳統(tǒng)交換機（思科、Juniper）采用封閉的操作系統(tǒng)和專用芯片，芯片的應用場景已經(jīng)被限定，操作系統(tǒng)也無法提供大量 API 接口給開發(fā)者構建軟件，所以難以滿足開放性社區(qū)的要求。相比之下白盒交換機 ODM 和 Arista 類型的交換機由于采取通用芯片，能夠適應多種類型的操作系統(tǒng)，具有更強的開放性，能夠更好打造數(shù)據(jù)中心所要求的開放生態(tài)。大多數(shù)傳統(tǒng)交換機的硬件和軟件都是綁定使用，如購買了 Juniper EX 或 MX 就必須購買 JUN

43、OS，如購買了 Cisco Catalyst 交換機也必須購買 IOS。傳統(tǒng)交換機操作系統(tǒng) NOS首先需要提供對管理者或者控制器的接口；然后需要運行協(xié)議運算，和網(wǎng)絡中的其他交換機進行協(xié)議面的交互；第三是需要硬件接口來適配交換芯片，風扇電源等板載硬件。其較低的開放性意味著對于硬件接口適配的交換芯片的 API 和 SDK 要求較低，這也就無法滿足打造上層應用生態(tài)的要求。圖 17：交換機系統(tǒng)基礎架構資料來源：CSDN， 而無論是白盒交換機 ODM 還是 ARISTA 的 OS+硬件類型，都是由商用芯片做支撐，因為商用芯片與自研芯片相比具有通用的 SDK 數(shù)據(jù)包、更強的可編程能力和更高的開放性。典型代

44、表為星網(wǎng)銳捷憑借開放化的軟硬件架構（這也是 Arista 成功的關鍵），受到互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和運營商兩方面的青睞，其主要采用了博通芯片作為底層支持，這類芯片能夠快速解鎖彈性、解鎖開放式網(wǎng)絡，同時基于標準的解決方案構建更平坦、更高密度的中心結構。此外，基于其高開放性的芯片，博通還宣布推出開放交換機 API（OpenNSA），并開放其 StrataXGS 和 StrataDNX 產(chǎn)品的 SDK API 以滿足云計算客戶需求。圖 18：博通 API 與 SDK 包資料來源：Broadcom， 為了打造更高程度的開放社區(qū)，思科等傳統(tǒng)封閉式交換機廠商也在尋求轉型，采用了支持更高 API SDK 的新興商業(yè)交換

45、芯片。網(wǎng)絡管理員對思科交換機操作系統(tǒng)，以及對不同的交換機 ASIC（無論是自主開發(fā)的還是從商業(yè)交換芯片供應商那里購買的）的熟悉程度，是思科仍在數(shù)據(jù)中心交換機市場占據(jù)主導份額的原因。但是這一份額已經(jīng)從互聯(lián)網(wǎng)熱潮時期的 65下降到 50左右，最主要的原因是新興的交換機制造商采用了新興的商業(yè)交換芯片，改變了市場上的競爭格局、定價和創(chuàng)新步伐。這導致思科被迫加入他們的陣型。思科 Nexus 3000 系列頂級機架式交換機中使用了商業(yè)交換芯片，同時這系列是思科對抗白盒交換機制造商，以及以太網(wǎng)領域的 Arista Networks、Juniper Networks、Mellanox、戴爾、惠普的武器。相輔相

46、成：底層商用芯片和上層搭建的應用互為支撐，形成開放的趨勢一旦形成軟件生態(tài)環(huán)境構成，其大量應用和數(shù)據(jù)決定了底層硬件設備的不可替換性，這為通用芯片的市場份額的鞏固和擴張?zhí)峁┝吮Ｕ稀８鶕?jù) IHS Market 預測，數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)交換機市場中，商用芯片出貨將在 2023 年達到所有芯片的 62%，高于 2018 年的 56%；與此同時，專有/定制芯片將從 2018 年的 38%下降至 2023 年的 25%左右，可編程芯片將從 2018 年的 6%上升至 2023 年的 13%。圖 19：各類型芯片出貨量預測70%60%50%40%30%20%10%0%20182023E62%56%38%25%13

47、%6%商用芯片專用/定制芯片可編程芯片資料來源：IHS Markets（含預測）， 以思科為例，其 N3000 系列交換機全部采用博通商用芯片，但 N9000 系列為部分采用商用芯片，2016 年思科發(fā)布自研芯片 Cloud Scale 系列，由于與商用芯片相比這類芯片能更好滿足思科交換機的帶寬要求，性價比更高，所以思科在后續(xù) N9000 系列決定從商用芯片轉移到 Cloud Scale 自研芯片。但是由于此前開發(fā)者已經(jīng)基于博通芯片的 SDK 包進行了大規(guī)模調整，構建出豐富的軟件生態(tài)環(huán)境，向自研芯片遷移的過程中會面臨 SDK 不同、API 接口差異等諸多問題，這讓思科在向自研芯片過渡過程中面臨

48、了重重困難。因此認為，對于交換機廠商來說，使用商用芯片是最為符合整體市場趨勢的選擇。 風險因素國內(nèi)云計算廠商對于開放性需求不及北美、中美貿(mào)易摩擦。 投資建議：星網(wǎng)銳捷擁抱“通用硬件+開放 OS”戰(zhàn)略，數(shù)據(jù)中心交換機增長迅速。維持 2020-22 年凈利潤預測為 7.04/9.01/11.17 億，現(xiàn)價對應 PE 為 27/21/17 倍，我們看好公司在數(shù)據(jù)交換機的發(fā)展戰(zhàn)略，維持“買入”評級。 相關研究星網(wǎng)銳捷（002396）2020 年一季報點評擬分拆子公司上市，長期受益于云計算發(fā)展(2020-04-30)星網(wǎng)銳捷（002396）2019 年年報點評業(yè)績符合預期，長期受益于云計算市場增長(20

49、20-03-30)星網(wǎng)銳捷（002396）2019 年業(yè)績快報點評受益于云計算增長，聚焦主業(yè)拉動凈利率提升(2020-03-03)星網(wǎng)銳捷（002396）2019 年中報點評研發(fā)創(chuàng)新鞏固核心競爭力，盈利能力持續(xù)提升(2019-08-28)星網(wǎng)銳捷（002396）2019 年中報業(yè)績預告點評業(yè)績超預期，長期看好創(chuàng)新業(yè)務拓展(2019-07-12)利潤表（百萬元）資產(chǎn)負債表（百萬元）指標名稱201820192020E2021E2022E指標名稱201820192020E2021E2022E營業(yè)收入9,1329,26610,23512,53915,148貨幣資金1,6342,0542,5753,4404,411營業(yè)成本6,1575,7176,3377,7569,312存貨1,5421,6501,8092,2162,660財務費用(15)(5)(50)(66)(86)非流動資產(chǎn)1,5101,6721,7081,7561,882財務費用率-0.16%-0.05%-0.49%-0.53%-0.57%資產(chǎn)總計6,9997,6518,67010,43712,586投資收益12034343434短期借款4122000營業(yè)利潤8678401,0101,28