从 AI 芯片到 CPO 终极卡位战！英伟达、博通技术路线大对决

抖音热门 2025年09月30日 14:43 0 admin

本文前半部分介绍光通讯与数据中心的三种扩展架构，并重点讲解英伟达最新提出的 Scale-Across；后半部分则剖析英伟达与博通的技术竞争路线。

光通讯成下一战场！继 Scale-Up、Scale-Out 后，NVIDIA 新喊出的 Scale-Across 是什么？

在人工智能（AI）、机器学习的推动下，全球数据流量正以倍数增长，目前数据中心服务器与交换机之间的连线正从200G、400G快速迈向800G、1.6T，甚至可能到达3.2T的时代。

市场调研机构TrendForce预期，2023年400G以上的光收发模组全球出货量为640万个，2024年约2,040万个，预期至2025年将超过3,190 万个，同比增长56.5%。其中，AI服务器的需求持续推升800G及1.6T的成长，而传统服务器也随着规格升级，带动400G光收发模组的需求。

另据调查，2026年1.6T光模组需求将大幅超出预期，总出货量预期高达1,100万支，主要动能来自NVIDIA与Google的强劲拉货，以及Meta、微软、AWS的部分占比。

光通讯因为高带宽、低损耗与长距离特性，逐渐成为机柜内外互连间的主要选择方案，使得光收发模块成为数据中心互连的关键。 TrendForce 指出，未来 AI 服务器之间的数据传输，都需要大量的高速光收发模块，这些模块负责将电讯号转换为光讯号，并透过光纤传输，以及将接收到的光讯号转换回电讯号。

光收发模块、光通讯和硅光子有何关系？

根据下图的前两个示意图可知，目前市面上的可插拔光收发器传输速率可达 800G，下一阶段的光引擎（Optical Engine，简称 OE）已经可安装在 ASIC 芯片封装周围，这称为载板光学封装（On-Board Optics，简称OBO），其传输能力可支持至1.6T。

目前业界希望走向 CPO（Co-packaged Optics，共封装光学），即光学元件与ASIC 能共同封装，透过这项技术实现超过 3.2T、最高达 12.8T 的传输速度; 而最终目标则是达到「Optical I/O」（光学I/O），实现类似全光网络的技术，推动传输速度超过12.8T。

如果仔细观察上图，可以发现做为黄色方块的光通讯模块（以前为可插拔型态）距离ASIC越来越近，这主要是为了缩短电讯号的传输路径，从而实现更高的带宽。而硅光子制程技术，就是将光学元件整合到芯片上的技术。

（Source：日月光）

光通讯需求暴增，业界聚焦三种扩展服务器架构

由于 AI 应用大爆发，对于高速光通讯的需求急遽提升，目前服务器主要聚焦 Scale Up（垂直扩展）、Scale Out（水平扩展）两种扩展方向，分别对应不同的传输需求与技术挑战，而近期 NVIDIA 又新宣布「Scale Across」这个概念，为业界增添一个思考方向。

Scale-Up

Scale-Up 主要作为机柜内高速互连（上图黄色部分），传输距离通常在 10 米以内，由于对延迟的要求极低，内部仍主要以「铜互连」（Copper Interconnects），避免光电转换造成延迟与能耗。目前解决方案主要以NVIDIA的NVLink（封闭架构）及AMD及其他公司主导的UALink（开放架构）。

有趣的是，今年 NVIDIA 推出 NVLink Fusion，首度开放 NVLink 技术给外部芯片厂商，将 NVLink 从单一服务器节点延伸至整个机柜级（Rack-Scale）架构，不排除是为了因应 UALink 的竞争。

另个值得关注的是，原本主要专注在Scale-Out的博通，正尝试透过「以太网路」（Ethernet）进军Scale-Up市场。该公司近期推出多款可用来Scale-Up、符合SUE（Scale-Up Ethernet）标准的芯片，而这部分可以往后看后续的NVIDIA与博通的竞争。

Scale-Out

Scale-Out 则是横跨服务器的大规模平行运算（上图中蓝色部分），为了解决数据高吞吐量，并实现无限扩充。这是以「光通信」为主，主要的网络互连技术需要靠InfiniBand或者以太网（Ethernet），也将带动光通讯模块市场。

InfiniBand 和 Ethernet 又可以分成两大阵营，前者较受 NVIDIA、微软等大厂的青睐，而后者则以博通、Google、AWS 为主。

谈到 InfiniBand，不得不提领导厂商Mellanox，他在2019年被NVIDIA收购，主要是提供端到端Ethernet与InfiniBand智能互连解决方案供应商。而中国近期裁定英伟达违反反垄断法，就是针对这起收购案。另个关注点是，虽然英伟达推出许多InfiniBand产品，但也针对以太网推出相关产品如NVIDIA Spectrum-X，可以说是两种市场兼吃。

做为另一大阵营，包括英特尔、AMD、博通等大厂则于 2023 年 7 月集结组成「超以太网联盟」（Ultra Ethernet Consortium，简称 UEC），合作发展改进的以太网传输堆架构，成为挑战 InfiniBand 的力量之一。

TrendForce 分析师储于超认为，Scale Out 所带动的光通讯模组市场，正是未来数据传输的核心战场。

Scale-Across

做为新兴的解决方案，NVIDIA 近期提出「Scale-Across」的概念，即跨数据中心的「远距连接」，距离能超过数公里以上，并推出以以太网为基础、串接多座数据中心的 Spectrum-XGS 以太网。

Spectrum-XGS 以太网将作为 AI 运算是 Scale-Up 和 Scale-Out 以外的第三大支柱，主要用来扩展 Spectrum-X 以太网络的极致效能与规模，可连接多个分布式数据中心。 NVIDIA 介绍，NVIDIA Spectrum-X 以太网除了提供 Scale-Out 的架构，链接整个丛集、将多个分布式数据中心进行互连，快速将大量数据集串流至 AI 模型，还可在数据中心内协调 GPU 与 GPU 之间的通讯。

换言之，这个解决方案结合Scale-Out与跨域扩展，能根据跨域距离灵活调整负载平衡、动态调整算法，因此概念更类似Scale-Across。

NVIDIA 创办人暨执行长黄仁勋表示，「我们在 Scale-Up 与 Scale-Out 能力之上，进一步加入 Scale-Across，把跨城市、跨国家乃至跨洲际的数据中心连结起来，打造庞大的超级 AI 工厂。」

如果从目前产业走向来看，Scale-Up 和 Scale-Out 都是必争之地，可以看出 NVIDIA 和博通如何从对方手中夺取多一分领地。而 NVIDIA 新喊出的 Scale-Across 则是聚焦横跨数公里乃至于数千公里的跨数据中心传输，有趣的是，博通也有推出相关的解决方案。

AI 芯片传输到 CPO 卡位战：NVIDIA、博通到底在竞争什么？

经过文章上半部理解光通讯与数据中心的三种扩展架构后，我们能够明白市场如今不仅关注竞争对手AMD的动向，更聚焦在AI芯片龙头NVIDIA与全球通讯芯片巨头博通之间的竞争关系。

事实上，现在 AI 产业的竞争除了芯片间的竞争外，更是扩大到系统间解决方案的竞争。

博通与 NVIDIA 第一个交集就是「客制化 AI 芯片」（ASIC）。由于 NVIDIA GPU 价格高昂，包括 Google、Meta、亚马逊、微软等云服务供应商（CSP）都在开发自家 AI 芯片，而博通的 ASIC 能力成为这些公司的首要伙伴。

除了自研芯片的竞争外，另一个更关键技术是「网络连接技术」，这也是博通与 NVIDIA 的第二个交集。

首先是在 Scale-Up 部分，在 NVLink 和 CUDA 这两大护城河守护下，博通酝酿了多时，终于在今年推出最新的网络交换机芯片 Tomahawk Ultra（战斧），有机会切入 Scale-Up 市场，目标挑战 NVIDIA NVLink 主导地位。

Tomahawk Ultra 是博通一直推动的「纵向扩展以太网」（Scale-Up Ethernet，简称 SUE）计划的一部分，这个产品也视为 NVSwitch 的替代方案。博通表示，Tomahawk Ultra一次可串联的芯片数量是NVLink Switch的四倍，将交由台积电5纳米制程。

值得注意的是，博通虽然身在 UALink 联盟之一，但他也积极推广基于以太网络的 SUE 架构，因此市场也相当关注博通与 UALink 的竞合关系，以及如何共同应对 NVLink 这个大敌。

为了抵御博通强袭，NVIDIA 今年也推出 NVFusion 解决方案，开放合作伙伴如联发科、Marvell、Astera Labs 等共研，并透过 NVLink 生态系打造客制化的 AI 芯片。外界认为，这是为了巩固生态系而进行的半开放式合作，也给更多合作伙伴一些客制化空间与机会。

Scale-Out 部分，主要由在以太网深耕已久的博通垄断，近期最新出的产品包括 Tomahawk 6、Jericho4，抢攻 Scale Out 和更远传输距离的商机。

而 NVIDIA 则推出许多 Quantum InfiniBand 交换器产品，以及 Spectrum 以太网交换平台，加强更多面向的 Scale-Out 产品。虽然InfiniBand属于开放架构，但因产品生态环境主要仍由英伟达收购的Mellanox所垄断，限制了客户的选择弹性。

▲ 根据博通照片，三款产品各自横跨两种不同的服务器扩展架构。

针对更长距离的跨数据中心扩展的 Scale-Across，目前还不确定博通或 NVIDIA 谁会领先，不过 NVIDIA 针对这一概念率先推出 Spectrum-XGS，该解决方案通过新的网络算法，来实现站点之间更远距离的数据有效移动，也可以作为现有 Scale-Up 和 Scale-Out 架构的补充方案。

至于博通的 Jericho4 也符合 Scale-Across 的概念。博通指出，Tomahawk 系列芯片能串联单一数据中心内的机柜，连线距离通常不超过一公里（约 0.6 英里），而 Jericho4 设备则能处理距离超过 100 公里的跨机房距离内连线，维持无损 RoCE 传输，其数据处理能力则约前一代产品的四倍。

那么 NVIDIA 和博通的 CPO 解决方案？

随着网络传输战场持续，相信在光网络的竞争将会更加激烈，对此 NVIDIA 和博通都针对 CPO 光通讯找寻新解方，而台积电、格罗方德也积极开发用于 CPO 的制程与解决方案。

NVIDIA 的策略是以系统架构为出发点，并将光学互连视为 SoC 的一部分，而非外挂式模块，并于今年 GTC 正式发布 Quantum-X Photonics InfiniBand 交换器和 Spectrum-X Photonics Ethernet 交换器，前者将于年底推出，后者则于 2026 年问世。