算力芯片看点系列：如何理解Scale-up网络与高速SerDes芯片？

如何理解Scale-up网络与高速SerDes芯片？——算力芯片看点系列 2025年08月21日 证券分析师陈海进执业证书：S0600525020001chenhj@dwzq.com.cn研究助理李雅文 执业证书：S0600125020002liyw@dwzq.com.cn 增持（维持） ◼AI芯片Scale-up领域，英伟达一骑绝尘。在Scale-up领域，当前行业主流多采用闭环的自有协议方案，如业界发展最早和最成熟的英伟达NVLink技术，可以将GPU和GPU互连，至多让576个GPU实现每秒1.8TB的通信；而其他厂商的Scale-up互连大多以PCIe协议为基础，目前PCIe5.0技术单通道双向速率为8GB/s，16通道可达128GB/s，远远低于NVLink同代技术。由AMD、AWS、谷歌和思科等九家巨头宣布成立的UALink联盟则主张建立开放生态，从技术节奏来看，挑战英伟达NVLink的难度较大。UALink初代V1.0标准已于25Q1发布，NVLink1.0早在2016年已应用于Pascal架构GPU。 ◼英伟达如何实现卡间互连？英伟达GPU中NVLink和PCIe同时存在，GPU互连采用NVLink，GPU与CPU互连采用PCIe。Grace Hopper超级芯片引入NVLink-C2C，可不通过PCIe直接访问CPU，是一次重要的技术补齐。到英伟达GB200这一代，NVSwitch技术进一步完善，一个NVLink域内最多连接GPU的数量从8升级为576，使得内部互连更加庞杂。GB200由两颗B200 GPU和一颗Grace CPU构成，B200北向有基于200G SerDes的1.8TB/s NVLink 5.0链路，GB200共包含72对200G SerDes。B200南向包含NVLink-C2C接口和2个PCIe接口。我们分析接口的物理层结构发现，无论是NVLink还是NVSwitch，SerDes都是物理层重要的底层技术支撑。在后续Rubin架构中，英伟达通过引入独立I/O芯片与第六代NVLink进一步提升互连带宽至3.6TB/s，而Rubin Ultra则在封装内采用多芯片分层互连与1TB HBM4E的高带宽设计，机柜架构亦演进至Kyber，以支撑更大规模的GPU集群。 相关研究 《AI Scale-Up趋势下，交换芯片迎千亿空间》2025-08-18 《国产算力认知强化！H20限售预期是本轮GPU行情的“底座”》2025-08-14 ◼UALink开放生态新机遇，关注高速SerDes IP供应商进展。在AI需求提升的背景下，SerDes技术向224G升级的趋势加速确立。当前的高速SerDes研发仍然由海外厂商主导，包括（1）第三方SerDes供应商：Cadence、Alphawave等，授权SerDes IP给芯片商使用并收取专利授权费；（2）自研厂商：博通、Marvell、英特尔等厂商根据自身需求或帮下游客户设计SerDes IP，定制化属性较强。以上海外SerDes供应商均已具备224G SerDes能力。国内能跟上高速SerDes芯片开发的队伍屈指可数，高速SerDes领域的市场格局仍未成型，主要玩家包括芯动科技、晟联科、集益威、芯耀辉等，最高能达到112G速率。在AI芯片Scale-up方面的国产化进程上，高速SerDes芯片也应当给予足够的重视。 ◼投资建议：重点推荐盛科通信、海光信息，关注万通发展、澜起科技等。 ◼风险提示：AI应用进展不及预期，技术发展不及预期，市场竞争风险。 内容目录 1. Scale-up全视角：英伟达一骑绝尘，UALink联盟发起挑战.........................................................42. NVLink和NVSwitch如何理解？.....................................................................................................53.英伟达如何实现卡间互连？..............................................................................................................64.如何实现AI芯片Scale-up链路的国产替代？.............................................................................115.风险提示............................................................................................................................................12 图表目录 图1：主流Scale-up和Scale-out协议.................................................................................................4图2：主流AI芯片Scale-up互连技术梳理........................................................................................4图3：NVLink物理结构........................................................................................................................5图4：第三代NVSwitch芯片模块结构图............................................................................................5图5：每代GPGPU的NVLink和NVSwitch参数.............................................................................5图6：GPU互连中的PCIe链路............................................................................................................6图7：GPU互连中的NVLink链路......................................................................................................6图8：SXM版H100互连方案..............................................................................................................6图9：PCIe版H100互连方案...............................................................................................................6图10：GH200超级芯片的板级互连方案............................................................................................7图11：GB200超级芯片的互连方案....................................................................................................7图12：英伟达GB200 NVL72拆解......................................................................................................8图13：英伟达蓝图.................................................................................................................................9图14：Rubin方案..................................................................................................................................9图15：Rubin Ultra方案.........................................................................................................................9图16：Rubin Ultra模块结构图...........................................................................................................10图17：主流高速SerDes IP厂商梳理................................................................................................11 1.Scale-up全视角：英伟达一骑绝尘，UALink联盟发起挑战 AI芯片的互连技术大致分为两大阵营——自有协议和开放生态。在Scale-up领域，当前行业主流多采用闭环的自有协议方案，如业界发展最早和最成熟的英伟达NVLink技术，可以将GPU和GPU互连，至多让576个GPU实现每秒1.8TB的通信；其他自有协议则包括谷歌TPU的OCS+ICI架构及AWS的NeuronLink。而由AMD、AWS、谷歌和思科等九家巨头宣布成立的UALink联盟则主张建立开放生态。 单从纸面性能来看，英伟达NVLink所能实现的Scale-up互连能力一骑绝尘。GB200所依赖的NVLink5.0技术能够实现1.8TB/s的互连速度，而其他厂商的Scale-up互连大多以PCIe协议为基础，目前PCIe5.0技术单通道双向速率为8GB/s，16通道可达128GB/s，远远低于NVLink同代技术。从技术节奏来看，挑战英伟达NVLink的难度较大。UALink初代V1.0标准已于25Q1发布，NVLink1.0早在2016年已应用于Pascal架构GPU。 2.NVLink和NVSwitch如何理解？ NVLink可以认为是一个网线，具有物理结构，其采用分层协议设计，分为物理层（Physical Layer，PL）、数据链路层（Data Link Layer，DL）和事务层（TransactionLayer，TL），该设计有助于NVLink各模块专注于特定的数据处理任务，提高传输的可靠性。物理层前有PHY接口，物理层能将接收到的数据传递给数据链路层；数据链路层主要负责在连接上可靠地传输数据包，并负责将数据发送给事务层；事务层处理同步、连接流控、虚拟通道，可以将多个连接聚合在一起，以在处理器之间提供非常大的通信带宽。SerDes是NV