２０２０年交换机行业专题研究报告目录投资聚焦 (1)核心问题 (1)核心观点 (1)Arista和博通，从两家公司看交换机商用芯片的成功 (2)Arista：通过“通用芯片+开放OS”战略在数据中心异军突起 (3)博通：商用芯片的主要提供者，市占率高达80% (4)Intel和Mellanox：第三方商用芯片的重要补充者 (6)商用+自研芯片：思科和华为在不同场景的现实选择 (8)思科：在数据中心交换机中大量采用了博通的商用芯片 (8)自研芯片的逻辑1：博通优先开发量大的场景，量少的芯片上市时间较晚 (9)自研芯片的逻辑2：在高端市场，华为和思科需要通过自研芯片实现差异化 (11)通用与开放：数据中心拥抱商用芯片的根本原因 (12)通用芯片：更好地通过丰富的API支撑上层应用的开发 (13)相辅相成：底层商用芯片和上层搭建的应用互为支撑，形成开放的趋势 (15)风险因素 (16)投资建议 (16)插图目录图1：交换机框图（以Nexus 3548为例） (2)图2：交换机芯片示意图（以Trident 2为例） (2)图3：博通三条芯片研发路线各有主要应用特色 (5)图4：博通的交换机芯片带宽增速超越摩尔定律 (6)图5：Barefoot Tofino芯片产品——主推高性能与可编程性 (6)图6：Innovium Teralynx系列产品——最新产品实现了25.6T带宽，800G端口 (7)图7：Mellanox的Spectrum 3 芯片与基于该芯片的整机交换机 (7)图8：思科基于商用芯片的交换机产品 (8)图9：思科由商用芯片转向自研芯片 (10)图10：思科、broadcom等厂商的产品上市时间 (11)图11：华为搭载AI能力的CloudEngine系列交换机 (11)图12：CloudEngine系列下的AI时代数据中心网络 (11)图13：华为solar芯片 (12)图14：基于solar芯片与昇腾搭建的底层甲酸架构 (12)图15：底层芯片被调用原理 (13)图16：阿里云API接口类型 (13)图17：交换机系统基础架构 (14)图18：博通API与SDK包 (15)图19：各类型芯片出货量预测 (16)表格目录表1：Arista主要产品型号与使用芯片 (4)表2：锐捷网络交换机芯片 (4)表3：Broadcom主要产品序列 (5)表4：市场主要商用芯片产品性能与上市时间 (7)表5：思科交换机所采用的芯片 (9)▍投资聚焦核心问题Arista在过去几年依靠数据中心交换机取得了巨大的成功。
在交换机这个领域，既有思科、华为这样进行垂直一体化的公司，也有Arista、锐捷一样采用商用芯片，依靠开放性来赢得商业成功的公司。
其实我们可以看到，在数据中心交换机这个领域，最受欢迎的是以博通为代表的第三方商用芯片。
由于数据中心交换机的下游客户是云厂商或者说互联网厂商，它们需要管理庞大的数据中心交换机集群，因此芯片及其上层OS提供的API接口的开放性和丰富性是非常重要的。
所以我们能看到包括思科和华为在该领域依然也在使用博通的芯片。
所以我们认为，数据中心交换机的护城河，不是在底层自研芯片，而是在上层基于芯片打造开放、好用的OS，以及搭建完善的服务体系。
核心观点- Arista和博通两类公司共同铸就了通用芯片在数据中心交换机里的辉煌Arista：通过“通用芯片+开放OS”战略在数据中心异军突起。
Arista在思科一家独大的交换机市场获得成功，市占率从2012年的2%上升至2019年的7.0%，成为市场第三。
Arista通过拥抱“通用硬件+开放OS”的趋势，取得了巨大的成功。
而锐捷网络芯片与Arista类似，应用了Broadcom与Barefoot的商用芯片搭建整套产品体系，用更开放的体系来赢得市场份额。
博通：商用芯片的主要提供者，市占率高达80%。
Broadcom为首的商用芯片目前实现全覆盖，19年12月的最新芯片tomahawk4向市场出货，400G，保证了市场上使用商用芯片的厂商的供给，目前使用的厂商包括了Juniper、Arista等的最新型号交换机。
而Intel的Barefoot、Mallonox等均为差异化市场供应了可编程芯片、高性价比芯片等产品。
- 商用+自研芯片：思科和华为在不同场景的现实选择思科和华为依然广泛采用博通芯片。
与市场上的印象不一样，思科和华为在数据中心交换机，以及中低端的园区交换机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换机。
为什么思科和华为需要自研交换芯片：从供给上来讲，博通等第三方芯片公司会主要注重数据中心的叶、脊交换机芯片的开发，以及园区中低端交换机芯片的开发，这一块有较大的出货量。
而对于框式交换机等使用量较小的高端产品，其产品开发路标时间往往比较靠后，从而难以满足思科、华为等大厂的需求。
从需求的角度来说，在一些高端场景，比如运营商城域、核心局点的交换机，更看重产品的性能、丰富的功能，而非性价比和开放性，出于差异化竞争的角度，思科、华为等头部公司也有动力通过自研芯片来实现和竞争对手的差异性。
- 通用与开放：数据中心拥抱商用芯片的根本原因下游客户主要为云计算厂家或互联网厂家决定了对开放性的诉求。
数据中心下游客户主要为互联网公司，一方面，其对软件管理的便利程度和应用生态快速拓展要求较高，这需要交换机具有较高的开放性。
随着软件开发工具的发展，越来越多的企业将软件作为其价值增长的主要途径，而越来越多的软件继续进入数据中心，这要求数据中心管理者具有前所未有的灵活性水平。
阿里、谷歌等互联网公司也在其硬件底层架构上开发出丰富的软件生态，而这正是这些互联网公司的核心竞争力。
底层商用芯片和上层搭建的应用互为支撑，形成开放的趋势。
一旦形成软件生态环境构成，其大量应用和数据决定了底层硬件设备的不可替换性，这为通用芯片的市场份额的巩固和扩张提供了保障。
根据IHS Market 预测，数据中心以太网交换机市场中，商用芯片出货将在2023年达到所有芯片的62%，高于2018年的56%；与此同时，专有/定制芯片将从2018年的38%下降至2023年的25%左右，可编程芯片将从2018年的6%上升至2023年的13%。
▍ Arista 和博通，从两家公司看交换机商用芯片的成功目前交换机中主流应用的芯片为ASIC 芯片，起到了数据交换的作用，将交换机的数据流量通过ASIC 进行限速处理后转发出去，起到数据接收、转发决策、报文存储、报文编辑等操作。
图1：交换机框图（以Nexus 3548为例） 图2：交换机芯片示意图（以Trident 2为例）资料来源：cisco 资料来源：cisco 交换机芯片的主要影响参数为总带宽、端口与缓冲（Buffer ），总带宽取决于芯片的计算能力，也直接决定了交换机吞吐量的交换性能；端口数量提升能够提供低延迟、单跳网络等性能；Buffer 能力提供给了交换机应对大数据流量的缓冲能力。
综合来说，交换机芯片对交换机性能起到关键影响。
传统的ASIC 芯片的主要缺点在于固化，一旦开发完毕后无法拓展其他应用，不灵活，难以将新功能加入到硬件当中。
这使得客户如果想要使用新应用，就要重新更换一整套硬件设备。
在目前数据中心客户对各种新的功能应用有旺盛需求的背景下，可编程芯片成为了重要发展方向。
Arista：通过“通用芯片+开放OS”战略在数据中心异军突起Arista在数据中心交换机领域获得成功我们已经在上一篇报告中提及（详细请阅读：《锐捷网络，会成为中国版的Arista么？（一）》20200528），在此不再赘述，仅仅通过几个数据来表明它在此前的竞争中展现出了自身的市场竞争力：Arista在交换机领域市占率从2012年的2%上升至2019年的7.0%，成为市场第三，近年间凭借自身的优势成功撕破思科封堵，逐步蚕食思科的市场份额。
而在此之前，思科在全球市场占有率达到了60%，属于行业霸主的地位。
过去五年营收从2015年的8.38亿美元增长到2019年的24.1亿美元，CAGR高达30.2%；而净利润则从2015年的1.21亿美元增长到2019年的8.60亿美元，CAGR更是高达63.2%。
Arista产品收入由2015年的7.45亿美元增长到2019年的20.21亿美元，复合增长率28.35%，毛利率也维持在比较稳定的水平，一直在60%左右；而服务收入的增长则更为迅速，由2015年的9270万美元增长到2019年的3.90亿美元，CAGR为43.2%，毛利率则一路攀升到2019年的81%，处于一个相当高的水平。
Arista的突围表现出了一种商业模式的胜利，也就是我们在上一篇报告中论证的“白盒+OS模式”。
而在这篇报告中，我们主要在芯片层进行观察，Arista与思科、华为等厂商在芯片方面最大的差异就是：思科、华为均拥有大量自研芯片，而与之相反，Arista全部产品均依靠商用芯片。
Arista的交换机产品芯片采用了以博通为主，其他厂家为辅的策略。
相较于服务器厂商，交换机厂商一般仅仅公开以太网和TCP/IP协议栈，而对于交换机芯片与内部组件一般不太提及。
我们通过官方各类宣传材料，总结归纳Arista的芯片是以采用Broadcom（博通）为主，同时也采用了包括Intel、Cavium、Barefoot在内的其他厂商的芯片，以满足其不同产品的需求。
Arista借助了Broadcom规模量产的两大产品Trident三叉戟系列，与Tomahawk战斧系列，实现了从低到高带宽（10G-400G）的交换机型号全覆盖，满足了当前数据中心的主流需求；同时，在低时延（low-tancenty，如金融交易领域）场景下，与Intel 等厂商合作，使用特种芯片FM6000完成交换机设计；在大缓存（Big buffer，如视频流量较大的数据中心）场景下，借助博通的Jericho系列芯片的大缓存优势得以实现对场景的优秀把控。
表1：Arista主要产品型号与使用芯片系列产品代表型号芯片厂商具体芯片型号Low-tancenty 7150 Intel、Fulcrum Alta FM6000、、Fulcrum BaliBig Buffer 7280 Broadcom Jericho（包括Jericho、Jericho+、Quram）10GE 7050 Broadcom、Cavium Trident、XP8025GE 7060、7160 Broadcom、Cavium Tomahawk、Trident、XP8040GE 7250、7260、7050高端系列Broadcom Trident+、Trident2、Tomahawk100GE 7060、7160、7260、7050、7170高端系列Broadcom、Cavium、barefoot Tomahawk 2、Trident 3、XP80、barefoot400GE 7060高端系列Broadcom Tomahawk 3资料来源：公司官网，中信证券研究部与Arista类似，2010年12月，锐捷发布了全面基于云计算特性的数据中心交换机，并自主研发了RGOS网络操作系统平台。