石頭智能洗地機A10 Plus體驗：雙向自清潔治好了我的懶癌
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黨的十八大以來，我國網絡通信產業取得了舉世矚目的成就，形成了涵蓋整機設備、關鍵芯片、網絡運營的完整產業鏈，打造了一批實力雄厚的龍頭企業，產業整體水平躋身全球第一梯隊。網絡基礎設施加快建設，極大地促進了經濟發展、社會進步和人民生活質量提高。其中以交換機、路由器為主要產品形態的通信網絡在這樣的大環境下，自主創新能力也在大幅提升，國產網絡廠商在全球范圍內的創新能力已可與思科等國際大企業相抗衡，國內交換機市場中 90% 的份額已被國有品牌占據。然而，我國網絡通信產業在核心芯片--交換芯片方面仍然和海外先進水平存在一定的差距，尚未完全實現自主可控。本文重點闡述了交換芯片的產業現狀，依賴海外供應帶來的風險，以及如何推進其實現自主可控等觀點。
一、交換芯片的產業現狀
交換芯片作為網絡設備的核心芯片，主要用于處理與轉發數據包，能夠將來自不同端口的數據包準確轉發至相應的輸出端口。在網絡設備中，交換芯片承擔著約 90% 的數據交換轉發功能，相比 CPU 作用更為顯著，其性能直接決定了交換機的性能，并且對網絡的傳輸效率和響應速度有著直接影響。尤其在 AI 算力網絡里，交換芯片負責實現數據的高速傳輸，以此確保 GPU / NPU 算力得以有效釋放和調度，是組成算力芯片（包括 CPU、GPU、存儲芯片、交換芯片）的核心芯片之一。
交換芯片可以分為自研和商用兩種類型。
自研交換芯片是由企業自行研發，以滿足其特定的需求和應用場景，具有更強的針對性和定制性，但是通常不對外銷售，典型廠商如思科、華為。
商用交換芯片通常由專業的芯片廠商開發和生產，并在市場上廣泛銷售給設備廠商用于研發和生產出整機網絡產品。主要廠商有美國的博通、美滿，中國臺灣的瑞昱，中國大陸的盛科、楠菲微。
根據灼識咨詢數據，2020 年中國商用以太網交換芯片市場以銷售額口徑統計，市場份額排名前三的供應商合計占據了 97.8% 的市場份額。其中，博通、美滿和瑞昱分別以 61.7%、20.0% 和 16.1% 的市占率排名前三位，盛科通信的銷售額排名第四，占據 1.6% 的市場份額，根據 IDC 報告的最新數據，2020、2023 年中國交換機市場空間 47.14 億美元，57.8 億美元，增長了 22.6%；2020 年、2023 年，盛科通信的營業收入分別約 2.64 億元、10.37 億元，可以推算 2023 年盛科在中國交換芯片的市場占有率約 5%。
數據來源：灼識咨詢數據
所以盡管我們國內的交換機市場份額已經 90% 以上由國內廠商占據，然而其中的商用交換芯片 70%~80% 以上都使用的海外芯片。
數據來源：中商情報網
造成這種現狀的原因是：
1、中低端場景國內交換芯片廠商技術和成本已經與海外持平，完全具備可替代性，但是由于海外芯片的性價比更好，且更換國產芯片需要重新投入研發成本，除了某些信創市場，國產芯片還沒有得到大規模使用，設備廠商仍然在大量使用海外芯片。
2、高端場景由于制程受限，國內廠商與海外廠商有 2~3 年差距，國外廠商在 2022 年單芯片容量就已經達到了 51.2Tbps, 而我國廠商的能力最高可以達到 12.8Tbps 水平，但是通過 Chiplet、超大封裝、3D 堆疊等可降低工藝依賴，彌補工程設計，技術上仍然具備海外產品可替代性。但是由于能耗、成本弱于海外芯片，造成大量高端場景仍舊采用海外芯片，一些行業如互聯網廠商的白盒交換機幾乎 100% 采用海外芯片。
二、交換芯片市場長期依賴海外給我們帶來的安全風險
1、網絡安全風險：
交換芯片和 CPU、GPU、存儲等芯片的原理一樣，是一個數據處理硬件系統，其內部是由諸多子模塊所構成，像端口模塊、交換矩陣、緩存區、控制邏輯單元、協議處理單元、地址表等。從技術層面而言，這些模塊均存在被植入一個后門的可能性。而后門的觸發方式可以是收到特殊報文或是特殊報文序列，亦或是定時定期。在被觸發之后的行為可以涵蓋但不限于斷網、將數據竊取并發送至遠程服務器、發起網絡攻擊以及充當黑客代理對整個 ICT 系統展開攻擊。例如：
信息泄露：后門可以被用于竊取通過網絡交換設備傳輸的敏感信息，如政府機密、企業商業秘密、個人隱私等。
網絡攻擊：攻擊者可以利用后門對網絡進行攻擊，如發動分布式拒絕服務（DDoS）攻擊、植入惡意軟件等，從而破壞網絡的正常運行。同時如果交換芯片被植入后門，由于處于網絡底層，攻擊者可以通過交換機做跳板，滲透到其他相關設備和系統中，進一步擴大攻擊范圍。
國家安全威脅：交換芯片廣泛應用于政府、軍事、金融等關鍵領域，一旦被植入后門，可能會對國家安全造成嚴重威脅。
使用海外交換芯片的交換機，除非能夠做到完全與外界隔離，否則難以避免這種風險。由于交換芯片處于整個數字空間的底座位置，所以其被植入后門后所產生的影響范圍以及危害程度要遠比單個服務器 / CPU 更大。
根據博通公司的官網宣稱，其與美國軍方開展了代碼級合作。
2、供應安全風險：
為縮小和海外廠商的差距，滿足國內交換芯片的需求，國內交換芯片廠商也在加大研發資源投入追趕國際水平，如盛科計劃 2024Q2 推出 25.6Tbps 的 Arctic 系列高端交換芯片，支持 AI 算力最高要求端口速率 800Gbps 場景，有望對標海外廠商能力。
但是美國在 CPU、GPU、存儲等領域打擊中國高科技的同時，在交換芯片領域也在不斷制裁我國。自 2018、2019 年制裁自研交換芯片廠商中興、華為后，2023 年再一次以所謂涉及國家安全等理由，將我國商用交換芯片龍頭廠商盛科通信列入“實體清單”。
國內廠商被制裁后，由于無法再使用臺積電的先進制程，高端芯片只能用落后制程生產出來，會使得高端芯片的設計和生產嚴重受限，技術競爭力、成本等方面進一步落后于海外芯片廠商，使得國內交換芯片市場，尤其是算力網絡等高端場景更嚴重的依賴海外。國產廠商的芯片生產出來后得不到使用，公司會不斷虧損（盛科一直在虧損），技術迭代滯后，進一步惡性循環，除非放棄高端市場，否則只能一步步走向消亡。國產交換芯片廠商生存不下來，我國網絡通信產業就無法保證供應安全。
3、新質生產力發展的受限：
在互聯網時代，網絡主要起到連接不同設備、實現為算力、終端進行信息傳遞的作用。當前我們進入了 AI 大模型時代，網絡成為算力的組成部分，在復雜的算力架構中實現計算單元的有效組建，保障數據在這些計算單元之間高速、準確地傳遞和交互，以確保算力有效釋放。
這也是 2020 年英偉達前瞻性收購高速以太網交換機廠商 Mellanox 的原因。我國在 2023 年 10 月工信部等六部門聯合印發《算力基礎設施高質量發展行動計劃》中也明確指出：算力是集信息計算力、網絡運載力、數據存儲力于一體的新型生產力
從目前 AI 算力需求規模翻倍增長的趨勢來看，未來 AI 算力比拼的不僅是單個 GPU 卡的性能，還依賴于交換芯片的單芯片性能能力，因為交換芯片的能力直接決定了算力網絡能夠接入 GPU 卡的最大規模數以及網絡吞吐能否滿足算力數據的高速傳輸，是組建算力基礎設施的基礎。我國如果長期依賴海外交換芯片，一旦被卡，當前幾萬卡的規模還能支撐，但是未來幾十萬卡，幾百萬卡的 AI 集群網絡就無法構建，算力基礎設施的建設和升級嚴重受阻，大量的數據中心、超級計算機、AI 大模型等關鍵基礎設施整體運算效率大幅降低，處理海量數據的能力被嚴重削弱。這不僅延緩了科研創新的步伐，阻礙了人工智能、大數據分析等前沿領域的突破，也讓依賴強大算力的諸多行業，如國防、金融、醫療、科研等持續落后，難以實現進一步的發展和變革。新質生產力發展將會嚴重受限。
三、如何從產業層面推進交換芯片自主可控。
1、加強頂層設計，把交換芯片正式納入信創產業。近年來，在信創產業政策引導、資金扶植和市場需求拉動下，國內企業和科研機構積極投入到 CPU 研發中，不斷提升技術水平和創新能力，逐步縮小了與國外先進水平的差距，對我國 CPU 自主可控起到關鍵的促進和保障作用。但是隨著算力時代和 AI 時代的到來，整個的產業形式已經發生了變化，高性能的交換芯片已經成為算力核心芯片的核心芯片，之前我們引以為豪的通信產業中大量交換芯片仍然依賴海外廠商，是到了增加交換芯片進入信創產業基礎硬件的時候了。只有這樣，整個產業才能意識到只有使用國產交換芯片的交換機才是真國產的，而國內交換芯片廠商才可以通過信創產業扶植得到更多市場份額，能夠有質量、有尊嚴的活下來，并不斷加大研發投入，盡快縮小和海外廠商的差距。
2、在關系到國計民生、關鍵信息基礎設施、智算中心、通算中心等重要場景中，要求系統運營者在后續新增網絡建設中，必須使用國產交換芯片，并逐步實現現網海外交換芯片網絡產品的國產化替代，從而確保網絡安全，避免海外交換芯片有可能給我國國家安全帶來的威脅和風險
3、加大對交換芯片產業的研發支持、融資政策、稅收優惠、生態建設、產學研合作、人才政策，提高產業鏈的完整性和競爭力，降低對單一企業的依賴。
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