计算机行业深度报告_AI算力_卖水人_专题系列_10_高速互联协议与硬件_从_配套件_到_第二算力_58页_5mb

计算机行业深度报告：高速互联协议与硬件，从“配套件”到“第二算力”——AI算力“卖水人”专题系列（10）

核心内容概述

本报告探讨了AI算力生态中高速互联技术的重要性，分析了计算机高速互联的五个层级，包括片上网络NoC、封装内Chiplet互联、PCIe、CXL以及Scale-Up和Scale-Out互连协议/硬件。这些技术构成了AI算力基础设施的底层支撑，从“配套件”向“第二算力”演进，成为AI时代的关键驱动力。

主要观点

• AI算力需求持续增长：随着AI应用的扩展，计算机高速互联网络的需求持续增长，互联速率不断提升。
• 本土企业有望成为国际一流：随着国内外AI超节点和相关企业对互联架构的不断升级，本土企业有望成为国际领先的高速互联芯片制造商。
• 高速互联技术是AI发展的基石：高速互联技术不仅支撑AI算力硬件，还对系统性能、效率和可扩展性产生深远影响。

关键信息

第一层：片上网络NoC

• NoC是一种可扩展的基于分组的通信结构，用于连接SoC中的处理元件、存储器和外设。
• 传统分层总线和交叉开关在高集成度SoC中存在路由拥堵、时序挑战和QoS限制。
• Cadence的Janus NoC通过路由节点、端点和降低设计复杂性实现高效数据传输。
• Arteris与AMD合作，推出FlexGen NoC IP，用于下一代AI芯片组设计，支持从数据中心到边缘设备的广泛应用。
• Arm的Neoverse CMN-700相干网格网络支持多种应用场景，包括高性能计算、存储、服务器等。

第二层：封装内Chiplet互联

• Chiplet技术通过先进封装方法，将不同工艺/功能的芯片集成，提升性能和降低生产成本。
• 优势包括模块化拆分、灵活性、多核集成和成本效益。
• 台积电的SoIC技术实现高性能、低功耗的异构集成。
• 英特尔Foundry提供多种封装方式，如EMIB、Foveros-S、Foveros-R等，支持多种互连标准如UCIe。
• UCIe规范定义了协议和物理层，支持不同厂商芯片组之间的高带宽通信。

第三层：PCIe与CXL

• PCIe是AI服务器主机I/O的内部底座，提供高带宽、低延迟的通信。
• CXL是基于PCIe协议的高速互连技术，专为CPU与外围设备设计，支持内存共享和扩展。
• CXL 3.0引入了内存共享，提升系统性能和效率。
• 通过CXL内存扩展，实验结果显示在HPC和AI工作负载中，性能提升显著。
• Astera Labs的Leo CXL内存控制器支持内存共享、延迟降低和并发处理能力，提高AI推理效率。

第四层：Scale-Up互联

• Scale-Up旨在无缝连接多个GPU，作为一个统一的计算系统。
• 理想的Scale-Up需具备低延迟、高带宽和原生内存语义。
• NVIDIA的NVLink技术是Scale-Up的关键，如NVLink 6和NVLink 7，实现高带宽和低延迟的GPU互联。
• NVLink 6通过同步双向SerDes实现带宽翻倍，NVLink 7支持更复杂的网络拓扑结构。
• 未来NVL1152可能采用CPO技术进行扩展，但短期内仍以铜缆为主。

第五层：Scale-Out互联

• Scale-Out连接数据中心内的服务器，如NVIDIA Quantum InfiniBand和Spectrum-X Ethernet。
• 支持数千至数十万GPU的大型集群，满足大规模AI计算需求。
• 优化设计如ConnectX-8 SuperNIC，通过集成PCIe交换和网络功能，简化系统架构。

投资建议

• AI时代高速互联需求增长：随着AI算力需求的提升，高速互联技术将获得更大市场空间。
• 本土企业机会显著：万通发展、澜起科技、盛科通信等企业在高速互联芯片领域具备竞争力，有望实现突破。
• 建议关注相关产业链：包括Switch企业、AI处理器、超节点OEM、服务器组件、算力租赁和云计算企业等。

相关公司

• Switch企业：万通发展、澜起科技、盛科通信、紫光股份、浪潮信息。
• AI处理器：海光信息、寒武纪、壁仞科技、沐曦股份、天数智芯、芯原股份、龙芯中科、中国长城。
• 超节点OEM：浪潮信息、工业富联、中科曙光、华勤技术、紫光股份、联想集团、软通动力、烽火通信、中国软件国际。
• 服务器组件：散热、存储、网络、电源、连接、PCB等。
• 算力租赁/云计算：协创数据、宏景科技、利通电子、网宿科技、金山云、智微智能、首都在线、优刻得。
• 数据中心：云赛智联、世纪互联、大位科技、润泽科技、光环新网、奥飞数据、数据港。

市场预测

• PCIe互连芯片市场：预计2030年市场规模将达77.61亿美元，年均复合增长率20.1%。
• CXL互连芯片市场：预计2030年市场规模将达17.03亿美元，年均复合增长率170%。
• 中国市场份额：预计2030年将占全球市场30%以上。

风险提示

• 技术迭代研发不及预期。
• 下游行业需求集中及周期性波动。
• 供应链波动与产能保障。
• 人才竞争与流失。
• 全球贸易摩擦。
• 外文素材翻译或表述偏差。