算力芯片看点系列：英伟达Scale-out网络为何兼具IB和以太网？

英伟达Scale-out网络为何兼有IB和以太网？——算力芯片看点系列 2025年08月22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） ◼IB与Ethernet之争，性能与通用性的博弈。InfiniBand（IB）和以太网（Ethernet）是两种常见而又不同的网络技术。二者对比来看，IB在带宽、延迟、可靠性方面的表现更为出色，适合需要高性能通信的场景；而以太网因其较低的成本和广泛兼容性，在一般网络应用中更为普及。两种技术逐渐走向融合，2010年IBTA提出RoCE v1，IB与RoCE协议栈在传输层以上是相同的，在链路层中以太网替代了IB，2014年IBTA进一步改进提出RoCE v2，在RoCE v1的基础上融合以太网网络层，使得RoCE v2协议数据包可以在第3层进行路由，可扩展性更优。2023年7月，AMD、Arista、Broadcom、思科、英特尔等企业联合成立超级以太网联盟，意图开发一种新的以太网传输层协议——超以太网传输（UET）协议，用来更好地满足人工智能和HPC工作负载的需求。 ◼英伟达如何实现Scale-out互连？NVIDIA的网络布局涵盖了三种主要技术：NVLink、InfiniBand和Ethernet，它们具有各自不同的技术特点、应用场景和优势。NVLink作为NVIDIA专有的GPU间高速互连技术（Scale-up环节），与GPU联系紧密并同步演进，因此演进速度最快。IB协议由于NVIDIA/Mellanox的主导地位以及其针对数据中心、HPC、AI集群等特定用途，其演进速度受到标准生态掣肘相对较小。而Ethernet作为完全开放的标准，由于需要考虑跨代兼容和多厂商互通的问题，其演进速度相对较慢。因此在GTC2024大会上，224G SerDes技术最先在NVL72电缆背板系统中得到应用，224G代际IB标准协议的QuantumX800交换机和ConnectX-8超级网卡也首次发布，与此同时以太网Spectrum X800交换机和BlueField-3超级网卡仍然采用的是112G代际。 相关研究 《 如 何 理 解Scale-up网 络 与 高 速SerDes芯片？——算力芯片看点系列》2025-08-21 《AI Scale-Up趋势下，交换芯片迎千亿空间》2025-08-18 ◼从英伟达IB与Ethernet方案，看二者技术差异？网络技术核心关注的是带宽、时延等指标，IB和以太网交换机应用不同技术以追求更高的带宽、更低的延迟。作为具有原生RDMA架构的无损网络，加上其特有的SHARP技术，IB实现了更快的数据传输和更低的延迟，成为极致性能的代表。而NVIDIA以太网平台通过部署无损网络、RoCE、拥塞控制等技术，不断提升性能以追赶IB。 ◼投资建议：重点推荐盛科通信、海光信息，建议关注万通发展、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-out全视角：IB与Ethernet之争，性能与通用性的博弈....................................................42.英伟达如何实现Scale-out互连？.....................................................................................................63.从英伟达IB与Ethernet方案，看二者技术差异？.......................................................................93.1. SHARP+NCCL：实现IB的极致性能......................................................................................93.2.无损网络与RDMA：Spectrum-X实现以太网无损网络，追赶IB....................................103.3.拥塞控制：IB更为“严谨”，以太网在大规模集群中或许更具优势..................................104.投资建议............................................................................................................................................125.风险提示............................................................................................................................................12 图表目录 图1：Ethernet与InfiniBand发展历程.................................................................................................4图2：Ethernet与InfiniBand部分性能对比.........................................................................................5图3：InfiniBand发展概况....................................................................................................................5图4：Spectrum与Quantum交换机系列一览图.................................................................................6图5：GB200超级芯片的互连方案......................................................................................................7图6：Nvidia产品演进...........................................................................................................................8图7：Rubin Ultra NVL576方案...........................................................................................................8图8：Rubin Ultra结构...........................................................................................................................8图9：Spectrum与Quantum系列部分技术对比.................................................................................9图10：SHARP技术可视化...................................................................................................................9图11：SHARP与NCCL配合与否的性能对比..................................................................................9图12：无损以太网应用实例...............................................................................................................10图13：InfiniBand与RoCEv2技术对比............................................................................................10图14：NVIDIA Quantum InfiniBand拥塞控制机制.........................................................................11图15：NVIDIA Spectrum-X交换机与SuperNIC串联工作的拥塞控制实例.................................11 1.Scale-out全视角：IB与Ethernet之争，性能与通用性的博弈 InfiniBand（IB）和以太网（Ethernet）是两种常见而又不同的网络技术。以太网最早是由梅特卡夫在1973年提出的设想，他于1979年创办了3Com公司，推动了以太网技术的普及。以太网是一种广泛用于局域网（LAN）的技术，基于IEEE 802.3以太网网络标准，用于连接设备之间的数据传输，适用于家庭、办公室网络、云计算、智慧城市和数据中心等场景。InfiniBand架构规范的1.0版本是由InfiniBand贸易协会（InfiniBandTrade Association，IBTA）于2000年发布，其诞生目的就是为了取代PCI总线。它引入了RDMA协议，提供更低的延迟、更高的带宽、更高的可靠性，从而实现更强大的I/O性能。Mellanox是全球InfiniBand市场的主要供应商，在该技术上拥有着近乎垄断的地位，在2019年被英伟达收购。 两种技术逐渐走向融合，共同发展。2010年，IBTA提出RoCE v1，IB与RoCE协议栈在传输层以上是相同的，在链路层中以太网替代了IB，但由于网络层（IP层，即OSI模型的第三层）仍依赖于以太网的MAC地址和VLAN标签进行通信，因此不能实现跨不同的IP子网传输。2014年，IBTA进一步改进提出RoCE v2，在RoCE v1的基础上融合以太网网络层，使得RoCE v2协议数据包可以在第3层进行路由，可扩展性更优，因此也称为IP routable RoCE。 二者对比来看，IB具备高性能优势，以太网具备广泛兼容性。IB和以太网之间的性能主要区别在时延、带宽、可靠性、可扩展性等方面，整体上，IB在带宽、延迟、可靠性方面的表现更为出色，适合需要高性能通信的场景；而以太网因其较低的成本和广泛兼容性，在一般网络应用中更为普及。 InfiniBand和以太网各有特点和差异，在各自不同的适用领域不断发展演进。AI时代带来更低时延、更高带宽的网络需求，更高技术的产品持续放量。当前的InfiniBand产品路线图显示了对更高带宽的预期需求，计划在未来推出1600Gbps GDR和3200GbpsLDR的InfiniBand产品。 同时，以太网技术也在不断发展。2023年7月，在Linux基金会的牵头下，AMD、Arista、Broadcom、思科、英特