AI服务器元年，接口芯片核心受益
择时择势
2023-05-13 11:52:50
AIGC带动AI服务器需求量与日俱增，用于服务器内、外部数据传输等接口芯片也随之攀升，本文基于服务器内、外部高速互联需求，梳理了各类高速接口芯片市场情况。
海量数据带来高速传输需求，服务器高速互联芯片不可或缺：
CPU和GPU等组件互联：PCIe Switch。自2003年PCIe 1.0推出起速率持续升级，目前PCIe 6.0传输速率跃升至64GT/s。参考QYResearch数据，2021年全球PCIe芯片销售额7.9亿美元，预计2028年将达到18亿美元。目前全球仅少数厂商量产PCIeSwitch芯片，博通、微芯科技和祥硕科技三家共占全球约58%份额。
因PCIe传输速率不断攀升，工作频率越来越高，不可避免的带来了信号衰减问题，PCIeRetimer、Redriver可有效解决信号衰减，其中PCIe Retimer有望为解决信号衰减最优方案。目前PCIe Retimer市场，谱瑞-KY、Astera labs、澜起科技三足鼎立，其中澜起为全球可量产PCIe 4.0 Retimer的唯一中国大陆供应商，且PCIe 5.0 Retimer研发顺利。
GPU与GPU互联：NVLink、NVSwitch。针对AI服务器中PCIe带宽限制，以NVDIANVLink为代表的高速接口芯片应运而生。NVLink迭代升级至第四代，单链可实现50GB/s的双向带宽，单芯片可支持18链路，即900 GB/s的总双向带宽。多GPU间通信则采用NVSwitch，第三代NVSwitch采用TSMC 4N工艺，每个NVSwitch芯片上拥有64个NVLink 4.0端口。此外，NVLink、NVSwitch也可实现服务器节点间的高速扩展性互联。通过在服务器外部增加一层NVSwitch，NVLink网络最多可连接32个服务器、256个GPU，并提供57.6TB/s的多对多带宽CPU与DRAM高速互联：内存接口芯片（RCD+DB）。DDR5时代速率进一步升级，最高传输可由DDR4 Gen2plus支持的3200MT/s进一步提升至4800MT/s以上，且工作电压持续降低至1.1V。目前内存接口芯片三强争霸，澜起科技可为DDR5系列内存模组提供完整的内存接口及模组配套芯片解决方案，是目前全球可提供全套解决方案的两家公司之一。
服务器外部模块间高速传输需求激增，SerDes核心受益：
服务器互联传输速率提升，光纤成为服务器间传输的主流介质，其中光模块内需集成高速SerDes通道，例如QSFP28光模块会配备4个25Gbps SerDes通道来满足100GE速率的光电信号转化。并且随着服务器传输需求增长，光模块带宽也会增长，提升方法有两种：1）增加SerDes通道数；2）提高每个SerDes通道的比特速率。
交换机的带宽也会随应用需求而提升，各厂商正推动交换机的数据链路从100GE向400GE和800GE等更高速率方向发展带动，交换机ASIC内SerDes通道数增加至512通道，速率提升至100Gbps。
此外，服务器的各种外接设备连接、驱动等需求的提升，拓展多种接口芯片市场空间，如USB（用于连接鼠标等）、SAS（用于连接存储设备）、SATA（用于连接驱动）等。
投资建议：AI时代浪潮汹涌，海量数据催生庞大的算力需求，将带动服务器产业链需求量持续上涨。作为芯片与外部世界的交互媒介，接口芯片实现量增的同时，也朝向更高速率、更大传输带宽发展。建议关注芯原股份、裕太微-U、澜起科技、龙迅股份等。
风险提示：AI应用不及预期；AI服务器出货不及预期；国产替代进展不及预期。
海量数据带来高速传输需求，服务器高速互联芯片不可或缺：
CPU和GPU等组件互联：PCIe Switch。自2003年PCIe 1.0推出起速率持续升级，目前PCIe 6.0传输速率跃升至64GT/s。参考QYResearch数据，2021年全球PCIe芯片销售额7.9亿美元，预计2028年将达到18亿美元。目前全球仅少数厂商量产PCIeSwitch芯片，博通、微芯科技和祥硕科技三家共占全球约58%份额。
因PCIe传输速率不断攀升，工作频率越来越高，不可避免的带来了信号衰减问题，PCIeRetimer、Redriver可有效解决信号衰减，其中PCIe Retimer有望为解决信号衰减最优方案。目前PCIe Retimer市场，谱瑞-KY、Astera labs、澜起科技三足鼎立，其中澜起为全球可量产PCIe 4.0 Retimer的唯一中国大陆供应商，且PCIe 5.0 Retimer研发顺利。
GPU与GPU互联：NVLink、NVSwitch。针对AI服务器中PCIe带宽限制，以NVDIANVLink为代表的高速接口芯片应运而生。NVLink迭代升级至第四代，单链可实现50GB/s的双向带宽，单芯片可支持18链路，即900 GB/s的总双向带宽。多GPU间通信则采用NVSwitch，第三代NVSwitch采用TSMC 4N工艺，每个NVSwitch芯片上拥有64个NVLink 4.0端口。此外，NVLink、NVSwitch也可实现服务器节点间的高速扩展性互联。通过在服务器外部增加一层NVSwitch，NVLink网络最多可连接32个服务器、256个GPU，并提供57.6TB/s的多对多带宽CPU与DRAM高速互联：内存接口芯片（RCD+DB）。DDR5时代速率进一步升级，最高传输可由DDR4 Gen2plus支持的3200MT/s进一步提升至4800MT/s以上，且工作电压持续降低至1.1V。目前内存接口芯片三强争霸，澜起科技可为DDR5系列内存模组提供完整的内存接口及模组配套芯片解决方案，是目前全球可提供全套解决方案的两家公司之一。
服务器外部模块间高速传输需求激增，SerDes核心受益：
服务器互联传输速率提升，光纤成为服务器间传输的主流介质，其中光模块内需集成高速SerDes通道，例如QSFP28光模块会配备4个25Gbps SerDes通道来满足100GE速率的光电信号转化。并且随着服务器传输需求增长，光模块带宽也会增长，提升方法有两种：1）增加SerDes通道数；2）提高每个SerDes通道的比特速率。
交换机的带宽也会随应用需求而提升，各厂商正推动交换机的数据链路从100GE向400GE和800GE等更高速率方向发展带动，交换机ASIC内SerDes通道数增加至512通道，速率提升至100Gbps。
此外，服务器的各种外接设备连接、驱动等需求的提升，拓展多种接口芯片市场空间，如USB（用于连接鼠标等）、SAS（用于连接存储设备）、SATA（用于连接驱动）等。
投资建议：AI时代浪潮汹涌，海量数据催生庞大的算力需求，将带动服务器产业链需求量持续上涨。作为芯片与外部世界的交互媒介，接口芯片实现量增的同时，也朝向更高速率、更大传输带宽发展。建议关注芯原股份、裕太微-U、澜起科技、龙迅股份等。
风险提示：AI应用不及预期；AI服务器出货不及预期；国产替代进展不及预期。
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澜起科技
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裕太微
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