核心Switch/PHY芯片加持，千兆以太网交换机持续放量

电子发烧友网报道（文/李宁远）现如今，以太网已经成为普及率最高、效率优势明显的计算机网络，而其核心部件正是以太网交换机。以太网交换机是基于以太网进行数据传输的多端口网络设备，随着以太网的发展，交换机也在不断演进。

 

为了更快速的局域网连接，千兆以太网甚至万兆以太网技术已经被应用起来，用以提供更多的总带宽，大幅减少网络拥塞并提高整体性能。

 

千兆以太网交换机中的交换芯片

 

千兆以太网交换机是指上联和下联口都是千兆口的交换机，可理解为交换机端口支持1000M或10/100/1000M传输，也就是以太网交换芯片能够支持千兆带宽。千兆交换机在工业和商业中都有不少应用。

 

而且随着云计算的快速渗透、AI和机器学习的兴起、5G商用、WiFi6等通信技术的发展推动，更高速的以太网技术渗透率逐渐提高。根据IDC的以太网交换机市场报告数据，2023第一季度全球以太网交换机市场收入为100亿美元，同比增长了31.5%。而其中又以千兆以太网交换机增长得最多，出货量同比增长超过130%。

 

从硬件角度来看，以太网交换芯片是其核心，而以太网的电路接口部分又包含CPU、MAC层控制器和物理层接口PHY。一些以太网交换芯片会直接将CPU、PHY集成在交换芯片内部做全集成方案。

 

从以太网的电路接口部分细分来看，CPU、PHY往往也并不是都由独立的芯片构成，目前主流的方案是CPU内部集成MAC，PHY采用独立的方案，这样技术难度不高而且成本易于把控。

 

同时在CPU内部集成MAC和PHY难度更高一些，而MAC和PHY全部采用独立芯片则成本太高，只有高端的设备会考虑这种全独立芯片的模式。

 

因此这里大致把交换机的核心芯片分为以太网交换芯片和以太网PHY芯片两类。作为交换机的核芯，以太网交换芯片在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。

 

交换芯片的市场格局呈现出集中度较高的行业趋势，商用芯片层面博通、美满和瑞昱占据了绝大多数市场份额，国内盛科、楠菲微在近年来也表现强势呈现崛起之势；自用芯片则以华为、思科为主。

 

交换芯片的发展主要朝着更低功耗更高性能以及更大的交换容量三个方向。除此之外，随着TSN时间敏感网络的发展，交换芯片对于TSN的支持也越来越重要，这能为设备带来确定的低延迟端到端传输。

 

在工业场景中常用的以太网千兆交换机在TSN的支持下能为自动化带来很多革命性的进步。交换芯片对TSN要求的支持，能够确保通过以太网发送消息的时钟同步，同一网络下每个设备都处于同步状态下，可以实现完全同步的协同工作，精准地执行各类运控、传输等命令。

 

在近期推出的一些千兆交换芯片中，还会看到使用实时引擎这种配置用于修改飞行中的以太网帧，目的也是一样的，实现更快的循环数据速率和更低延迟。

 

千兆以太网交换机中的PHY芯片

 

以太网PHY芯片，交换机中另一个重要的芯片，它是物理层收发器基础芯片。物理层PHY芯片指定电信号类型、信号速度、介质和连接器类型以及网络拓扑，实施1000 Mbps的1000BASE-T、100 Mbps的100BASE-TX和10 Mbps的10BASE-T等各种以太网标准。

 

受益于以太网技术的推进，PHY芯片的产业规模也在持续扩张，根据中国汽车技术研究中心发布的数据统计，2021年全球以太网物理层芯片市场规模约为120亿元，2022年至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，2025年全球以太网物理层芯片市场规模有望突破300亿元。

 

根据相关数据，不论是全球市场还是国内市场，博通、美满、TI、高通、微芯和中国台湾瑞昱这几家厂商都合计占据全球超过90%的市场份额。尤其是博通、美满和瑞昱这三家厂商，在任何以太网PHY芯片市场均表现稳定。

 

随着这几年产业链上下游对国内以太网芯片市场大力支持，近年不少国产PHY芯片开始涌现，正在慢慢去替代原本垄断在巨头厂商手中的市场份额。目前不少厂商已经在千兆以太网PHY产品上有所建树。

 

如裕太微电子以工规级千兆产品占比最高，不论是单口还是多口，不论是消费级还是工业级，裕太微电子目前已经有多种千兆PHY芯片料号对应。今年发布的千兆车载PHY也是备受关注，复杂的数模混合芯片系统集成高性能SerDes、高性能ADC/DAC等AFE设计，还采用了高速DSP技术，在以太网芯片上技术实力雄厚。

 

景略半导体基于EtherNext技术的也发布了多款千兆PHY芯片，在车载、工业、企业应用上低功耗的优势较为突出，在工业应用中的PHY也配置了精确定时协议（PTP）的时间戳，很契合现在工业以太网的需求。

 

楠菲微电子在PHY芯片上产品线不多，但技术实力很强，主打千兆和万兆，能支持节能以太网。除此之外，鑫瑞、睿普康等国内厂商在千兆PHY上也有建树。

 

小结

 

虽然一些大型数据应用中，千兆也开始慢慢被2.5G/5G/10G取代，但千兆以太网交换机的应用市场非常稳定，其出货量的快速增长也是佐证。受益于市场对于千兆以太网交换机的强势需求，应用于其中的以太网芯片也自然有着不少的市场增长空间，值得关注。