2024年交换机行业分析:从Arista看交换机行业投资逻辑

一、行业分析:DC市场高速率交换机规模迅速增长,白盒 化和软硬件解耦或成未来趋势

1.1 产业链概述:中游主要分为白牌和非白牌厂商,下游有四大应用场景

以太网交换机是基于以太网标准用于连接多个设备并负责转发数据包的网络设备。以太网 交换机工作于 OSI 网络参考模型的第二层(即数据链路层),是一种基于 MAC (Media Access Control,介质访问控制)地址识别、完成以太网数据帧转发的网络设备。 以太网交换机的每个端口通常连接到一个单一的主机或网络设备。 传统数据中心网络架构中,以太网交换机可根据工作层次划分为三层。按工作层次划分, 以太网交换机可分为接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。1)接入层交换机位 于网络最底层,直接连接终端设备,如电脑、打印机等;2)汇聚层交换机:位于网络的 中间层,连接多个接入层交换机,进行数据的汇聚和转发;3)核心层交换机:位于网络 的最顶层,负责整个网络的数据转发和路由选择。 二层叶脊网络架构逐渐成为数据中心网络部署主流架构。随着数据中心的整合以及虚拟化、 超融合的兴起,叶脊网络架构(leaf-spine)作为一种新兴的网络架构,因其可扩展性、 高可靠性和高性能备受大型数据中心、云计算数据中心青睐,逐渐成为了当今数据中心网 络部署的主流。叶脊网络架构由叶层和脊层组成,叶层包含了用于连接服务器、存储设备 的二层交换机(即叶交换机);脊层包含了用于路由转发的三层交换机(即脊交换机),属 于网络的骨干。在叶脊网络架构中,每台叶交换机都需要与架构中的脊交换机连接,通过 这种设计,网络中的每台服务器与其他服务器进行数据传输时都只需要通过叶交换机和脊 交换机即可,可大幅度提高数据传输的效率。

交换机产业链上游主要为芯片、电子元器件,中游品牌商主要分为白牌和非白牌厂商,下 游主要有数据中心市场、园区、运营商和工业四大类应用客户。1)上游:以太网交换机 的上游主要包括交换机芯片、元器件、光模块、电路板、电源模块和结构件等元件供应商。 其中,以太网交换芯片是核心部件,全球主要厂商包括思科、华为、博通、美满、瑞昱等。 2)中游:白牌厂商主要有 Arista、智邦科技、Celestica、广达、锐捷网络、迈腾电子等; 非白牌厂商主要有 Cisco、华为、HPE、H3C、Juniper、迈普通信、中兴通讯等。 3)下 游:下游客户主要可分为数据中心(如云巨头)、园区网(如政府、金融、教育等行业)、 运营商和工业四大类。

1.2 行业规模:2023年同比增长20.1%,AI发展驱动下有望保持较快增长

2023年以太网交换机市场规模达 442亿美元,DC市场高速率交换机规模同比增长 69%。 根据IDC,2023年全球以太网交换机市场规模在AI驱动下同比增长20.1%至442亿美元。 数据中心市场:2023 年数据中心以太网交换机收入同比增长 13.6%,占比为 41.5%。 其中,200/400 GbE 交换机受益于 AI 的迅猛发展,2023 年收入同比增长 68.9%,其 中 23Q4 环比增长 14.8%;100GbE 交换机占数据中心板块收入的 46.3%,全年同比 增长 6.4%,其中 23Q4 环比下降 3.0%。 非数据中心市场:供应商在软件管理平台中嵌入人工智能功能,以改善运营,2023 年非数据中心以太网交换机收入同比增长 25.2%,占比为 58.5%。

2028 年数据中心及园区交换机市场空间有望超过 600 亿美元。根据 Arista 24Q3 推介资 料,2028 年数据中心交换机市场将达到 400 亿美元,主要客户为美国云巨头 Amazon、 Apple、Facebook、 Google 和 Microsoft,以及中国云巨头阿里、百度和腾讯;园区交 换机市场将突破 200 亿美元;两者合计将超过 600 亿美元。

我们认为,未来以太网交换机市场有望持续受益于 AI 发展浪潮。一方面,AI 大模型的高 复杂度、高算力要求拉动高性能计算集群需求增长,为适应数据中心网络在容量和性能上 的更高要求,高速率以太网交换机市场规模有望保持较快增长;另一方面,相较于 infiniband,RoCE 具有开放性、低成本和快速迭代等优势,我们认为未来以太网交换机 在数据中心网络中的应用范围更广、重要性更高。

未来增长驱动 1:受益于 AI 迭代发展,高速率以太网交换机需求增长

随着 AI 技术不断发展与应用日益深入,高性能计算集群需求不断增长,200/400G 交换机 会遇到一定性能瓶颈,交换机厂商持续迭代提升交换机性能,交换机向更大的带宽发展的 趋势或将延续。根据智研咨询,2024 年将是 800GbE 以太网部署的重要一年,预计到 2027 年 400Gbps/800Gbps 的端口数量渗透率将达到 40%以上。我们认为,高速率以太网交换机需求将随着 AI 的迭代发展而增长,从而拉动以太网交换机市场规模增长。

未来增长驱动 2:以太网交换机凭借其普适性和经济性,有望成为 AI 时代数据中心 网络架构的主流选择

RDMA 允许高吞吐、低延迟的网络通信,InfiniBand 和 RoCE 为 AIDC 主流方案。在传 统的 TCP/IP 通信方式中,发送和接受数据的过程中,都是在源端应用层数据从上向下逐 层拷贝封装,目的端从下向上拷贝和解封装,需要 CPU 参与的次数多、速度较慢。远程 直接内存访问 RDMA(RemoteDirect Memory Access)技术将数据直接从一台计算机的 内存传输到另一台计算机,无需双方操作系统的介入,允许高吞吐、低延迟的网络通信。 目前,RDMA 有三种不同的硬件实现:InfiniBand、iWarp(internet Wide Area RDMA Protocol)、RoCE(RDMA over Converged Ethernet),AIDC 主要使用 IB(InfiniBand) 和 RoCE 网络两种路线。

InfiniBand 在性能上更胜一筹,RoCE 优势在于性价比和开放性。

InfiniBand:专为高性能计算(HPC)和数据中心环境设计,提供高吞吐量和低延迟 的数据传输。InfiniBand 具有高带宽、低延迟、服务质量 (QoS) 和可扩展性,可以 在网络内的服务器、存储系统和其他设备之间实现快速、可靠且高效的数据传输。 InfiniBand 的关键特性包括通道化架构、RDMA、消息传递语义和交换式网络,这些 特性使其在数据密集型应用中表现出色。尽管 InfiniBand 在性能上具有明显优势, 但其成本相对较高,且主要局限于特定的高性能计算领域。

RoCE:通过以太网实现 RDMA 功能,分为 RoCEv1 和 RoCEv2。RoCEv2 在以太 网 TCP/IP 协议的 UDP 层实现,引入 IP 协议以解决可扩展性问题,并通过硬件卸载 降低 CPU 利用率,适合大规模部署。相比于 InfiniBand,RoCEv2 性能上略逊一筹, 但在成本上更具优势,适用于需要高性能但预算有限的场景,如数据中心内部通信、 云服务提供商等。

考虑到以太网的广泛兼容性、低成本和持续的技术进步,我们认为以太网交换机在未来仍 将占据更广泛的应用市场,有望成为 AI 时代数据中心网络架构的主流选择。2023 年 7 月, 英特尔、微软等巨头成立超以太网联盟(Ultra Ethernet Consortium),UEC 致力于从物 理层、链路层、传输层、软件层改进以太网技术,寻求大规模提高效率和性能的最佳方法。 UEC 创始成员包括 AMD,Arista,Broadcom,Cisco,Eviden(Atos Business),HPE, Intel,Meta,Microsoft,目前百度、戴尔、华为、IBM、诺基亚、联想、超微和腾讯等也 加入 UEC,探索以太网在 AI 组网的部署。同时,英伟达也推出以太网交换机。

1.3 竞争格局:Arista弯道超车,白盒化和软硬件解耦或成行业发展趋势

市场集中度高,Cisco 占据主导地位。根据 IDC,2023 年全球以太网交换机市场 CR5 达 到 77.8%,其中 Cisco 市占率为 43.7%,Arista 为 11.1%,华为、HPE 为 9.4%,H3C 为 4.2%,Cisco 占据主导地位。国内市场,2023 年 CR5 为 99.2%,其中华为 CloudEngine 系列数据中心交换机以 41.5%的份额蝉联中国数据中心交换机市场第一,2016-2023 年连 续 8 年稳居该领域第一。

Arista 在高速率数据中心交换机市场弯道超车,市占率不断提升。根据 Arista 24Q3 推介 资料,在高速数据中心交换机市场,2012-2024H1 Arista 的市场份额呈提升趋势,Cisco 的市场份额呈下降趋势。以销售额计,Arsita 的市占率于 2024H1 超过 Cisco,达到 33.2% (Cisco 为 28.9%);以端口数计,Arista 的市占率于 2023 年超过 Cisco,在 2024H1 达 到 30.9%(Cisco 为 21.2%)。

白盒化及软硬件解耦或成行业发展趋势,Arista 有望受益其中。传统的黑盒设备(即品牌交换机,如 Cisco、华为)从软件到硬件均为完全封闭开发的,因此不同厂商设备间互通 性低,运维团队难以统一管控,且难以快速定位故障。同时,黑盒设备的封闭式架构对后 期网络的升级和功能扩展带来不小的阻碍。而白盒化是指将网络中的物理硬件和操作系统 进行解耦,让标准化的硬件配置与不同的软件协议进行组合匹配。

相较于黑盒交换机,白盒交换机有诸多优势:

灵活、高效、可编程,降低购置成本及开发成本。白盒交换机采用开放的设备架构和 软硬件解耦思想,可以根据业务需求,按需定制底层硬件和上层软件,相比传统交换 机软硬件捆绑购买、垄断使用,能够显著降低交换机购置成本。另外,在软件功能方 面,白盒交换机可以基于开源软件进行二次开发,降低开发周期和成本。

优化网络性能,降低运维成本。白盒交换机支持硬件数据面可编程和软件容器化部署, 通过软件定义的方式定制数据面的转发逻辑,还充分利用现代云计算技术,对网络功 能进行快速升级迭代,提升网络的灵活性、敏捷性、确定性,优化网络性能,满足复 杂的业务务求。此外,白盒交换机通过容器化部署,能统一简化管理运维,降低网络 的运维成本。

产业链上下游认可度高。根据《未来网络白皮书——白盒交换机技术白皮书》,交换 机白盒化已得到芯片厂商、设备提供商、云服务商、电信运营商等交换机上下游企业 的一致认同,能联动白盒开源生态和产业生态的发展。例如,阿里 2018 年开始白盒 交换机的研发;字节在 2019 年启动自研交换机的研发经过数年的人员扩张和技术积 累,2023 年已全面上线自研白盒交换机;美国运营商 AT&T 早在 2017 年 4 月即开 启运营商白盒化之路、完成白盒交换机试验,2018 年 3 月宣布将在基站内部署 6 万 个白盒路由器,2022 年 8 月表示计划到 2022 年底将其 50%的核心骨干网流量运行 在白盒交换机和开放硬件上、从而推进其在 SDN 和虚拟化方面的目标。

二、Arista概况:全球高速以太网交换机龙头

2.1 公司简介:以太网交换机龙头,软硬件实力雄厚

全球高速以太网交换机龙头厂商,专注于数据中心领域网络解决方案。Arista Networks 成立于 2004 年,2014 年于纽交所上市。公司以供应高频/低延迟交易网络设备起家,后 专注于高性能/高频计算的硬件领域,并提供软件解决方案与技术服务,主营网络操作系统 EOS、管理平台 Cloudvision、全系列交换机等软硬件产品,下游应用场景主要为数据中 心市场。

EOS(Extensible Operating System):EOS 是完全可编程且高度模块化的、基于 Linux 的网络操作系统,在 Arista 交换机系列中运行单个二进制软件映像,是公司 核心优势之一。

CloudVision(可视化管理平台):CloudVision 是 Arista 的现代多域管理平台,利 用云网络原理提供简化的 NetOps 体验。与传统的特定领域管理方案不同, CloudVision 支持零接触网络操作,并在整个企业范围内实现一致性,有助于打破孤 立管理方法的复杂性。

交换机:公司为客户提供 100G、200G、400G 和 800G 数据中心以太网交换机,能 为客户实现超低延迟应用。

复盘公司发展历程,可分为四个阶段:

2004-2008 年:初创与技术探索期。公司成立于 2004 年,早期公司聚焦于数据中心 以太网交换机、交换机平台的研发与生产。早期产品主要以小型化和高性能为特色, 注于开发高性能的网络交换机,推出了第一款正式产品 Arista 7100 系列交换机。

2008-2014 年:快速增长与市场拓展期。推出多系列交换机,逐步在全球交换机行业 崭露头角,市场份额快速提升。Arista 于此期间开发并推出了自己的网络操作系统 EOS 以支持网络自动化和大规模数据中心环境,EOS 的推出大大提升了公司产品的 市场竞争力。作为后起之秀,Arista 于 2014 年在美国纽交所上市,并推出业界首款 具备 100G 上行链路的叶交换机。

2014-2020 年:技术领先与产品多样化期。持续完善产品矩阵,推出了支持 100G 和 400G 的交换机。同时在产品互联寻求突破,2014 年起,Arista 推出更多类型的网络 设备产品与服务平台,包含 Arista 网络数据库和遥测平台、Arista Any Cloud 平台、 WLAN 产品等,进一步推进云级路由 EOS 和 CloudVision 软件业务发展。并于 2015 年升级自身 CloudVision 以满足 25/50/100G 交换机需求。2015 年,全球高速数据中 心交换机份额突破 10%,并在全球以太网交换机市场中份额跻身前五。

2020 年至今:AI 与高性能计算驱动期。迎接 AI 时代浪潮,聚焦产品服务升级。2020 年至今,Arista 持续聚焦交换机、路由器、Cloud EOS、CloudVision 等产品和服务 的创新升级。2024 年,Arista 与 NVIDIA 官宣合作,提供 AI 数据中心整套方案;推 出自研 Etherlink AI 网络平台,支持 800G,为 AI 训练与推理提供全方位解决方案, 同时支持用户从 InfiniBand 迁移到以太网将推动 Arista 加速进军 AI 网络市场。

2.2 财务分析:业绩增长势头较好,盈利水平较高

受数据中心市场发展驱动,业绩快速增长。2023 年 Arista 实现营收 58.60 亿美元,同比 增长 33.75%,实现归母净利润 20.87 亿美元,同比增长 54.34%。1)分产品看,2023 年公司产品营收 50.29 亿美元,占比 85.8%;服务营收 9.31 亿美元,占比 15.9%。2)分 地区看,公司主要市场在美洲,2023 年公司美洲营收 46.51 亿美元,占比 79.4%。3)分 应用场景看,根据公司 2023 年业绩推介资料,2023 年云巨头收入占比 43%,企业&金融 客户收入占比 36%,而提供商&第二梯队云厂商收入占比 21%。

盈利水平位居行业前列,费用管控较好。Arista 毛利率水平基本稳定在 60%以上,在业内 处于前列,2023年Arista/Cisco/Juniper/HPE 毛利率分别为 62.0%/62.7%/57.5%/35.1%。 公司费用管控较好,2023 年研发费用率/销售费用率/管理费用率分别为 14.6%/6.8%/2.0%, 较 2019 年分别下降 4.6pct/2.1pct/0.6pct。

2.3 公司治理:管理层主要出自Cisco,股权回购彰显信心

管理层主要出自 Cisco,专业经验丰富。公司 CEO 兼董事会主席 Jayshree V. Ullal 曾 任 Cisco 高级副总裁,负责 1 项价值 100 亿美元的业务,内容涵盖数据中心、交换机 和服务等多领域;创始人及首席架构师 Andy Bechtolsheim 曾任 Cisco Gigabit 系统业务 部门担任 VP/GM 职务,CFO、CTO、CDO、CPO、CSO 均出自 Cisco;Cisco 主营非 白牌交换机,是交换机领域绝对龙头,Arsita 管理层专业背景丰富。

股权回购彰显中长期发展信心。Asrista 于 24Q1 回购了 6270 万美元的普通股,2024 年 5 月 Arista 董事会授权了新的 12 亿美元股票回购计划,彰显公司中长期发展信心。

三、Arista优势:EOS系统+商业芯片,深度合作云巨头

3.1 EOS可编程系统+灵活适配商业芯片,构筑核心护城河

3.1.1 EOS系统:自研EOS可编程系统,契合白盒交换机特点

自研 EOS 系统,EOS 兼具可编程性、开放性、兼容性,契合白盒交换机特点。Arista EOS(Extensible Operating System)基于 Linux,采用多进程状态共享架构,实现状态信息 和数据包转发与协议处理和应用逻辑的分离,增强了网络的弹性和可编程性。EOS 还支 持虚拟化和容器化部署,如 cEOS,适用于多种云网络场景。同时,EOS 提供丰富的 API 集,包括 JSON-based eAPIs、CLI、SNMP、XMPP 等,能实现与第三方应用程序的快 速集成。相较于传统网络操作系统,EOS 创新的多进程架构、基于 Linux 的灵活性、跨产 品线的统一操作体验、高可靠性和强大的可编程性,使其更高效、灵活和可靠,契合白盒 交换机特点。

推出 Etherlink AI 网络平台,利用 AI 技术进一步优化网络性能。2024 年 6 月 Arista 宣布 推出 Arista Etherlink AI 平台,为客户提供涵盖前端、训练、推理和存储网络的 800G 端 到端技术平台,且可轻松扩展以适应任何 AI 应用程序,旨在为最苛刻的 AI 工作负载(包 括训练和推理)提供最佳网络性能。Arista Etherlink AI 平台包括 AI 交换机产品、AI 软 件配套、AI 代理和 AI 可视。根据 Arsita 官网,Arsita 现已推出多款 Etherlink AI 产品,其 采用经过 AI 优化的全新 Arista EOS 功能,支持从数千个到数十万个 XPU 的 AI 集群规 模,具有高效的单层和双层网络拓扑,相较于更复杂的多层网络相可提供更卓越的应用程 序性能,同时提供包括流量级可视性在内的高级监控功能。

7060X6 AI Leaf 交换机系列:采用 Broadcom Tomahawk 5 ®芯片,容量为 51.2 Tbps,支持 64 个 800G 或 128 个 400G 以太网端口。

7800R4 AI Spine:Arista 旗舰 7800 模块化系统的第四代产品。它采用最新的 Broadcom Jericho3-AI 处理器,具有 AI 优化的数据包管道,并通过成熟的虚拟输 出队列架构提供无阻塞吞吐量。7800R4-AI 在单个机箱中支持高达 460 Tbps,相当 于 576 个 800G 或 1152 个 400G 以太网端口。

7700R4 AI 分布式 Etherlink 交换机 (DES)支持最大的 AI 集群,为客户提供基 于 Jericho3-AI 架构的大规模并行分布式调度和无拥塞流量喷洒。7700 是新系列超 可扩展智能分布式系统中的第一款产品,可为超大型 AI 集群提供最高的一致吞吐量。

3.1.2 商用芯片:灵活适配商业芯片,提高产品灵活性和适用度

灵活适配商业芯片,与 Broadcom 紧密合作,提高产品灵活性和适配度。Arista 创新性使用商业芯片,目前,Arista 400G/800G 交换机主要基于 Broadcom Tomahawk 4、 Tomahawk 5、Jericho 3-AI 交换芯片,可根据客户需求进行灵活配置并具备可编程性。 与传统方法相比,使用商业芯片一方面能加快产品的市场推进速度、降低研发成本,减少 供应商锁定的风险、减少因出货量限制而导致的高成本问题;另一方面,公司与 Broadcom 长期保持良好合作关系,Broadcom 交换芯片的快速迭代能让公司产品性能持续保持领先, 满足客户多样需求。同时,Arista 能够重写商业芯片驱动程序,经过 Arista 重新设计后, 硬件性能可提高一个数量级,从而提高产品性能和网络灵活性。

3.2 深度合作优质客户微软、Meta,有望受益于AI浪潮下新一轮资本开支

深度合作优质客户微软、Meta,客户资源佳。Arista 终端客户涵盖大型互联网公司、服务 提供商、金融服务组织、政府机构、媒体和娱乐公司、电信服务提供商和其他云服务提供 商等多个行业。Arista 深度合作优质客户微软、Meta,2020-2023 年微软客户营收占比为 21.5%、15%、16%、18%,Meta 客户营收占比分别为<10%、<10%、26%、21%。AI 浪潮驱动下云厂商资本开支稳步增长,Arista 有望受益其中。24Q3 微软包括融资租赁 的本金支付的 CapEx 为 200 亿美元,环比+5%,同比+79%;Meta 包括融资租赁的本金 支付的 CapEx 为 92 亿美元,环比+8%,同比+35%,2024 全年 Meta 的 CapEx 预计在 380-400 亿美元,指引下限再次上调,此前预计为 370-400 亿美元。

与 NVIDIA 合作,输出 EOS 软件能力。2024 年 5 月,Arista 正式官宣与 NVIDIA 的深度 合作,将基于 Arista EOS 打造 AI Agent,使得在 Arista 交换机上运行的 EOS 软件直接 拓展至所连接的 NIC 与服务器上,从而通过单一节点对于整个 AI 集群进行统一管理与 优化。根据 Arista 2024Q3 推介资料,未来 Arista 收入结构中,云厂商和 AI 巨头的占比 将达到 40%-45%,数据中心及云网络产品占比将达到 60%-65%,我们认为未来 Arsita 将持续积极开拓新客户,深度参与 AI 发展浪潮。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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