20260825-开源证券-电子行业点评报告_AI互连系列报告（一）_构筑当前AI算力集群互连底座的PCIe总线与Retimer_Switch芯片_12页_1mb

AI 互连系列报告（一）：PCIe 总线与 Retimer&Switch 芯片在 AI 算力集群中的关键作用

核心内容概述

本报告聚焦于 PCIe 总线及其配套芯片（Retimer 和 Switch）在 AI 算力集群中的核心作用，分析其技术演进、应用场景及未来发展方向。报告指出，随着 AI 产业的快速发展，高速互连技术成为支撑算力扩张的重要基础设施，而 PCIe 作为当前主流的高速串行总线标准，正逐步成为 AI 服务器内外互连的基石。

主要观点

1. PCIe 协议的发展与演进

• 技术特性：PCIe 是一种串行点对点高速扩展总线，具备可扩展带宽、低延迟、高抗干扰能力等优势，已成为现代计算机硬件互联的核心标准。
• 速率升级：自 PCIe 1.0 以来，传输速率每 3-4 年翻倍，目前 PCIe 5.0 已成熟，PCIe 6.0 已规模化部署，而 PCIe 7.0 和 8.0 正在开发中。
• 应用场景：覆盖全类型计算设备（如 GPU、SSD、网卡等）和多类算力场景，尤其在 AI 服务器中，PCIe 5.0/6.0 及其配套芯片需求显著增长。

2. PCIe Retimer 芯片的作用

• 技术挑战：随着 PCIe 速率提升，链路插入损耗增加，信号衰减、时序紊乱等问题日益突出。
• 功能与优势：PCIe Retimer 芯片通过时钟恢复电路校正信号抖动和时序偏差，改善信号完整性，延长传输距离。相较于其他方案，其具备性能、标准化和生态支持优势。
• 应用场景：广泛用于 AI 服务器、机架级系统及解耦架构，尤其在多 GPU 互连场景中，Retimer 是解决信号瓶颈的关键。
• 市场趋势：AI 服务器中 GPU 配置越多，Retimer 需求越高，8 卡 AI 服务器通常需 8-16 颗 PCIe 5.0 Retimer 芯片。

3. PCIe Switch 芯片的创新与价值

• 突破限制：PCIe Switch 通过 Crossbar 交换矩阵，拓展独立下行通道，不占用 CPU 原生资源，突破物理通道限制。
• 功能特点：
  • 扩展接口：连接多个设备，如 SSD、PU 等。
  • 数据转发：支持点对点通信模式，提升设备间数据传输效率。
  • 分区管理：实现多设备的灵活分配与统一管理。
  • NTB 技术：支持不同分区或系统间设备通信，实现数据同步。
• 应用场景：在 AI 服务器中，PCIe Switch 是实现多 GPU 协同训练的关键组件，尤其在超节点架构中，其 FabricLink 功能可实现 GPU 间高效直传与大规模组网。
• 市场趋势：随着 AI 服务器向高密度超节点演进，PCIe Switch 成为不可或缺的组件，其需求将随算力配置增长而上升。

关键信息

1. PCIe 技术演进表

2. PCIe Switch 应用实例

• 英伟达 DGX-1：单 CPU 配双 PCIe Switch，每 Switch 连接 2 个 GPU，形成 1:2:4 的 CPU:Switch:GPU 配比。
• Meta Grand Teton：采用相同配比，每颗 CPU 连接 2 颗 PCIe Switch，每颗 Switch 连接 2 个 H100 GPU。
• FabricLink 功能：实现 GPU 间直传，避免绕行 CPU 内存，降低同步时延，提升训练推理性能。

3. 核心推荐标的

风险提示

1. PCIe 技术发展不及预期：若技术迭代不及预期，将制约高速互连体系的升级。
2. 配套芯片研发滞后：Retimer 和 Switch 芯片性能需求提升，若研发进展不及预期，将影响 PCIe 互连体系的推广。
3. AI 算力建设缓慢：若终端市场发展不达预期，将对 AI 互连协议的发展形成制约。

总结

PCIe 总线及其配套芯片（Retimer 和 Switch）已成为 AI 算力集群高速互连的核心基础设施。随着 AI 产业的持续扩张，尤其是超节点架构的普及，PCIe 技术不断迭代，从 5.0 到 8.0，带宽和传输效率持续提升。Retimer 芯片通过信号校正技术解决高速传输中的信号完整性问题，而 Switch 芯片则通过灵活拓扑和高效数据调度突破 CPU 原生通道限制，成为 AI 服务器实现多卡协同训练的关键。未来，随着生成式 AI 和大模型的广泛应用，PCIe Switch 的 FabricLink 功能将进一步推动 AI 服务器架构升级，成为国产替代的重要方向。核心推荐标的包括万通发展和澜起科技，二者在 PCIe 产业链中占据关键位置，具备较强的技术与市场竞争力。