PCIe Switch是一種用於擴展和管理PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）匯流排連線的硬體交換晶片，在系統中承擔數據路由、頻寬分配和多設備互聯的角色。它如同數據高速公路的“智慧型立交橋”，為CPU、GPU、SSD等設備提供高頻寬、低延遲的互連通道，廣泛套用於伺服器、數據中心、AI計算和存儲領域。
其發展歷程與數據中心需求變遷同步，可分為四個階段。早期階段（2003-2010年）以基礎連線為核心。隨後進入高性能IO階段（2010-2016年），受高性能計算驅動，引入了非透明橋接(NTB)等技術。存儲導向階段（2016-2020年）由NVMe存儲爆發推動。當前已進入AI驅動階段（2020年至今），支持高頻寬互聯、多主機通信，並引入PAM4調製與前向糾錯(FEC)等技術，以滿足AI工作負載的大規模並行與低延遲需求。
基本介紹
- 主要廠商：博通
微芯科技
英特爾
星拓微電子
數渡科技
瀾起科技 - 協定：PCIe 1.0至7.0
- 套用領域：伺服器
數據中心
AI計算
存儲
汽車電子
嵌入式計算 - 用途：擴展和管理PCIe互聯
- 連線埠：上游連線埠
下游連線埠 - 類型：硬體交換晶片
定義與功能,技術發展,產品與型號,核心技術,市場與競爭,國產化進展,故障與維護,
定義與功能
PCIe Switch晶片是一種用於擴展和管理PCIe匯流排連線的硬體設備，作為PCIe匯流排的核心交換組件，它在系統中承擔數據路由、頻寬分配和多設備互聯的重要角色。其核心功能包括擴展連線性、數據交換和頻寬分配，通過多連線埠架構實現高效通信，支持複雜的拓撲結構如樹狀、星形或多級連線，可將點對點通道擴展為多層級網際網路，突破傳統拓撲瓶頸，為設備連線與數據傳輸提供高頻寬、低延遲的底層支撐。
PCIe Switch晶片的連線埠架構包括上游連線埠和下游連線埠。上游連線埠連線主機如CPU或上一級PCIe Switch，下游連線埠連線終端設備如GPU、NVMe SSD、網卡等或下一級PCIe Switch的上游連線埠，用於構建多層級互聯結構，從而提升系統的靈活性和可擴展性。
技術發展
PCIe協定標準從1.0到7.0持續疊代，頻寬不斷提升。PCIe Switch晶片的發展歷程與數據中心需求變遷高度同步，可分為四個關鍵階段。早期階段（約2003-2010年）以基礎連線為核心，lane數約48，連線埠數約5個，功能較為簡單。高性能IO階段（約2010-2016年）受HPC與企業伺服器需求驅動，lane數提升至96，開始支持x16到x8分叉，並引入非透明橋接（NTB）技術。存儲導向階段（約2016-2020年）由NVMe存儲爆發推動，lane數增至144，支持更細粒度的分叉（如x16到x2），熱插拔成為核心特性。AI驅動階段（2020年至今）由雲計算服務提供商（CSP）主導，疊代節奏加快，支持高頻寬fabric、多主機、端到端通信，並引入PAM4調製與前向糾錯（FEC）以適應AI場景的大規模並行與低延遲需求。
產品與型號
PCIe交換晶片市場呈現寡頭壟斷特徵，主要由博通（Broadcom）、微芯科技（Microchip）等國際廠商占據絕大部分份額。中國本土廠商正在該領域尋求突破。
2025年10月，Microchip推出了全球首款採用3納米製程工藝的Switchtec Gen 6系列PCIe 6.0交換晶片。該旗艦型號支持多達160條通道、20個連線埠和10個堆疊，並支持非透明橋接（NTB）和後量子安全加密（PQC）。此前在2025年1月，Microchip還發布了面向汽車和嵌入式計算市場的PCI100x系列Switchtec™ PCIe 4.0交換機，例如支持數據包交換的PCI1005和支持多主機連線的PCI1003。
2025年11月，博通展示了採用5納米工藝的PEX90144PCIe 6.0交換晶片，具備144條通道，可連線至72個連線埠。博通計畫於2027年推出支持PCIe 7.0的後續產品。早在2003年，英特爾（Intel）就為其伺服器板卡推出過如8連線埠的AXXP3SWX08080等PCIe Gen 3交換卡。2026年1月，中國廠商星拓微電子推出了支持PCIe 3.0的XPSW系列交換晶片。
數渡科技已研發並小批量供應支持PCIe 5.0、對標博通PEX89104的交換晶片，並計畫在2026年推出144通道產品。瀾起科技則從Retimer等互聯晶片切入，並明確布局PCIe Switch產品。
核心技術
PCIe Switch的技術演進與數據中心需求變遷同步，經歷了早期基礎連線、高性能I/O、存儲導向及當前的AI驅動等階段。AI時代對大規模並行計算與低延遲的需求，推動了Switch技術向支持高頻寬Fabric、多主機互聯、端到端通信及先進安全功能的方向快速發展。非透明橋接（NTB）是PCIe Switch實現多主機連線與系統隔離的核心技術。它允許不同主機域（如不同的SoC或處理器）通過交換機直接訪問彼此的記憶體和外設。在系統冗餘設計中，當主主機故障時，備用主機可通過重新配置Switch接管下游設備。為滿足AI等高頻寬套用需求，支持PCIe 6.0及後續標準的Switch引入了多項革新特性。PCIe 6.0將單通道頻寬提升至64 GT/s，並採用FLIT（流量控制單元）模式替代傳統的基於信用的流控。同時，集成了輕量級前向糾錯（FEC）系統以保障高速信號完整性，並支持動態通道資源分配。
高級安全功能已成為現代PCIe Switch，尤其是用於AI和雲計算場景產品的關鍵特性。這些功能包括基於硬體的信任根、安全啟動機制，以及符合後量子密碼學標準（如美國CNSA 2.0規範）的加密引擎。現代PCIe Switch集成了強大的可管理性功能，包括高級錯誤隔離與報告機制（如AER、DPC）、全面的帶內及帶外診斷接口。部分型號還內置了集成處理器（如MIPS核）用於運行管理固件，配套的圖形化配置與診斷工具進一步簡化了部署與故障排查。為持續降低延遲，業界也在探索新的互聯架構。例如，有專利技術提出通過配置專用的擴展連線埠在多個Switch間直接通信，旨在繞過NTB的轉換開銷，從而進一步減少多級交換網路中的端到端延遲。
市場與競爭
市場規模方面，存在不同統計口徑。一份報告顯示，2024年全球PCIe交換晶片市場銷售額約為10.53億美元，預計到2031年將增長至22.46億美元，期間年複合增長率（CAGR）約為11.6%。另一份針對2025年的調研統計則指出，全球市場規模約為85.9億元人民幣。在人工智慧（AI）計算需求的驅動下，面向AI伺服器的高端PCIe Switch市場（如48口及以上產品）增長迅速，2025年其市場規模已超過400億元人民幣，並預計在2027-2028年達到千億人民幣級別。
從區域市場來看，中國是全球最大的PCIe Switch市場，約占全球48%的份額。北美和歐洲市場分別占據約12%和9%的份額。
按下游套用領域劃分，固態硬碟（SSD）是PCIe Switch最大的套用市場，占有約71%的份額。伺服器是另一大重要套用領域。按支持的PCIe協定代際劃分，PCIe 3.0產品在2024年仍占有最大的市場份額（約42%）。同時，支持PCIe 4.0、5.0乃至6.0的產品需求隨著AI伺服器等新套用的推廣而快速增長。
國產化進展
在高速互連需求驅動下，PCIe Switch晶片國產化持續推進，該領域長期由國際廠商主導。全球PCIe Switch市場呈現寡頭壟斷特徵，主要由博通、微芯科技（Microchip）等廠商占據絕大部分份額，國內廠商面臨高技術壁壘。
數渡科技已突破高端PCIe 5.0 Switch技術，其產品可對標博通PEX89104晶片（104口）。該公司的PCIe 5.0交換晶片已進入客戶導入和小批量驗證階段，預計在2025年底至2026年實現批量供貨，並計畫推出更先進的144通道及PCIe 6.0產品。瀾起科技以PCIe/CXL Retimer和記憶體互連晶片為基礎，正在構建完整的互聯產品族，並已明確布局PCIe Switch晶片，定位為AI互聯底層關鍵器件供應商。此外，眾星微系統等公司也在進行相關技術研發，例如申請了旨在減少延時的PCIe Switch通信方法專利。
目前國產最領先的PCIe Switch採用12納米製程，未來要向更高性能發展，需向6納米等更先進制程升級。國產PCIe Switch晶片被視為解決國產AI晶片互聯性能瓶頸的關鍵環節。隨著AI伺服器需求增長，國產化進程有望在高速互連市場中獲得發展空間。
故障與維護
PCIe Switch發生故障時，通常會在系統管理界面產生嚴重告警（如ALM-0x08000085），導致PCIe卡運行不穩定、系統運行異常，並可能影響對NPU、硬碟等下游設備的訪問。
通用的初步排查方法包括對主機系統執行下電再上電操作；若告警未清除，則需考慮更換故障的PCIe卡或Switch模組。
部分廠商（如Microchip）會提供專用的診斷與配置工具（如ChipLink），支持通過圖形界面進行帶內或帶外連線，實現調試、診斷和故障排查。
