Tomahawk

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Broadcom Tomahawk（战斧）系列是面向超大规模数据中心与 AI 训练集群的高端以太网交换芯片。它不是单纯追求总带宽，而是用极致低延迟、小包线速转发、链路层无损传输与网络内计算去替代 InfiniBand、NVLink 等封闭架构，重新定义 AI 互联底层网络。

2 3 分钟产业解释

在 AI 大模型训练中，成千上万个 GPU/XPU 之间的通信不再是大块连续数据的“搬运”，而是无数小数据包的高频交互。传统以太网交换芯片擅长处理大象流，对小包延迟和拥塞控制并不敏感，这直接拉低了 GPU 集群的有效算力。

Broadcom Tomahawk 系列反其道而行，专门推出 Tomahawk Ultra 等变体，聚焦 51.2Tbps 满负荷下 64 字节小包的线速转发，并将端到端延迟压至 250 纳秒以内。它通过精简以太网报头、将错误恢复前置到链路层以及基于信用的流控等技术，在标准以太网上实现了近乎无损、确定性的网络传输。在此基础上，Broadcom 提出了 Scale-Up Ethernet（SUE）的概念，意图用开放以太网取代昂贵的 InfiniBand 和封闭的 NVSwitch/NVLink 内部互联，为百万级 XPU 集群提供统一、可扩展且成本更优的网络方案。

最新交付的 Tomahawk 6（2025 年由 Broadcom 宣布交付，见中信证券 2025 年 6 月研报）更进一步，其芯片构建的网络可支撑百万级 XPU 集群，并且推出了共封装光学（CPO）版本，直接在芯片上集成光引擎，消灭板级 SerDes 瓶颈，进一步降低功耗和延迟，被视为大规模 DCI 和 1.6T 光模块需求爆发的关键催化剂。

3 技术原理

Tomahawk Ultra 的技术核心是重新设计以太网转发流水线，使其对 AI 通信负载特征（高频率小消息、低延迟尖峰、突发流量）进行硬化优化。

3.1 小包延迟何以成为 AI 互联的死穴

分布式训练中的 All-Reduce、All-to-All 集合通信往往将大张量切分成大量微小消息进行传输。传统交换机的大缓冲区加尾丢弃策略，在小包并发下极易造成微突发拥塞（micro-burst），导致尾部延迟飙升，进而拖慢整个训练步（iteration）的完成时间。Tomahawk Ultra 从三个层面攻克该难题。

3.2 报头压缩与有效载荷效率提升

传统以太网帧头部包含目的 MAC、源 MAC、VLAN 标签等共 14 字节，叠加 IP/UDP 等封装，有效载荷比率低下。据 OFweek 通信网 2025 年 7 月报道，Tomahawk Ultra 将控制开销由常见的 46 字节大幅精简至 10 字节，且不违背协议标准（可能通过自定义低开销隧道封装或 Context-based Header）。这使得 64 字节小包的有效吞吐带宽利用率跃升，实际装箱效率显著高于普通交换机。

3.3 链路层无损与快速纠错

标准网络依赖端到端传输层（如 TCP 或 RoCE 的 Go-Back-N）进行重传，路径长且开销大。Tomahawk Ultra 采用两种机制的协同：

• 链路层重传（LLR）：将错误恢复完全放在逐跳链路层，检测到误码后立即请求重传，上层协议完全无感。
• 前向纠错（FEC）：在物理编码子层预先插入校验码，允许接收端在无重传情况下纠正大多数随机误码。

LLR 与 FEC 组合使传输近乎零丢包，且错误修复延迟保持在纳秒级。

3.4 基于信用的流控（CBFC）

用发送授权机制替代传统被动拥塞管理：

[发送端] ────────(数据)────────> [接收端]
    ^                                |
    |──────(信用包/允许发送)────────|

接收端根据本地剩余缓冲区空间，定期向发送端签发“信用”。发送端只有在拥有足够信用时才发送数据，从根本上杜绝了缓冲区溢出丢包。该机制类似 InfiniBand 的基于信用的流控，对无损以太网（lossless Ethernet）至关重要。

3.5 确定性低延迟流水线（简化示意图）

 ┌─────────┐    ┌─────────────┐    ┌─────────┐
 │Ingress  │    │  Buffer/    │    │Egress   │
 │Parser   │───>│ Scheduler   │───>│Rewrite  │
 │& HdrComp│    │ (CBFC)      │    │+ LLR/FEC│
 └─────────┘    └─────────────┘    └─────────┘
     │                                  │
     └────── 端到端 <250ns @64B ───────┘

整个流程中，报头压缩在入口解析时完成，调度器严格依据信用调度出队，出口插入 LLR 序列号和 FEC，无需高层软件干预，全硬件流水线保证确定性延迟。

4 关键参数

4.1 Tomahawk Ultra（AI Scale-Up 优化变体）

4.2 Tomahawk 6（下一代旗舰）

4.3 通用平台能力

• 支持 RoCEv2、遥测（INT）、大规模表项（路由/ACL）
• 动态负载均衡、VXLAN/NVGRE 隧道封装
• 与 Broadcom PCIe 交换机、定制 ASIC 产品线形成 AI 互联全套方案

5 技术路线

5.1 Tomahawk 家族代际演进

5.2 竞品技术路线对比（量化表现）

6 上游

6.1 晶圆代工与先进封装

Broadcom 通过台积电等代工厂生产 Tomahawk 芯片。Tomahawk 4 采用 7nm 工艺（行业消息），后续节点演进具体制程公开资料未见详细披露。CPO 版本需要硅光芯片与交换 ASIC 进行 2.5D/3D 封装（如 CoWoS-S/L/R 等），供应链涉及台积电 CoWoS 产能及光引擎供应商。据中信证券 2025 年 6 月研报，CPO 版本已启动交付，产能取决于台积电先进封装及硅光产线爬坡节奏。

6.2 SerDes IP 与测试设备

高速 SerDes（112G/224G PAM4）是 Tomahawk 的核心硬核 IP，Broadcom 自身拥有业界顶尖的 SerDes 设计能力。测试与测量设备由 Keysight、Tektronix 等厂商提供，用于验证信号完整性及协议一致性。

6.3 硅光引擎与光学组件

CPO 版本的硅光引擎、光纤阵列（FAU）、可拆卸光学连接器等上游元件，涉及激光器、调制器、波导、耦合等多环节。供应商格局目前仍在早期形成阶段，公开资料未见 Tomahawk 6 CPO 版本的完整供应链清单。

7 下游

7.1 白盒交换机 ODM/OEM

基于 Tomahawk 芯片制造白盒交换机的厂商包括 Accton（智邦）、Quanta（广达）、Inventec（英业达）等，终端客户为微软、Meta、谷歌等超大规模云厂商。Tomahawk 6 的交付将推动新一代 800G/1.6T 白盒交换机出货。

7.2 光模块/器件厂商

Tomahawk 5 推动 800G 光模块需求，Tomahawk 6 进一步拉动 1.6T 光模块部署。受益厂商包括中际旭创（800G/1.6T 领导地位）、新易盛、天孚通信、Coherent、Lumentum 等。CPO 版本的推出直接拉动硅光引擎、光纤阵列、可拆卸光学连接器需求，可能重塑光模块产业价值链。

7.3 AI 基础设施部署商

微软、Meta、Oracle 等超大规模 AI 集群最终客户，以及 CoreWeave 等 GPU 云服务商，是 Tomahawk 网络方案的主要采购方。中信证券研报指出，2025 年 Tomahawk 6“客户需求十分旺盛”。

7.4 高速铜缆/DAC 供应商

机柜内 Top-of-Rack 连接仍大量使用无源铜缆（DAC），Amphenol、TE Connectivity 等厂商持续受益于端口密度提升。

7.5 DCI 设备厂商

Tomahawk 6 推动的百万级 XPU 集群往往跨数据中心部署，DCI 带宽需求同步膨胀，Ciena、华为、中兴、Infinera 等 DCI 设备厂商受益于跨园区互联带宽升级需求。

8 受益公司

以下基于公开产业信息梳理，不构成任何投资建议：

• Broadcom（博通，NASDAQ: AVGO）：平台级受益者。Tomahawk 芯片叠加 PCIe 交换机、定制 ASIC（TPU 等）、CPO 平台，形成 AI 互联全套方案。Tomahawk 交换机芯片收入在其网络业务板块中占据重要份额，具体占比公开资料未见精确拆分。
• 光模块厂商：中际旭创（1.6T 光模块领先，据 LightCounting 2024 年市场份额数据）、新易盛、Coherent 等。Tomahawk 6 对 1.6T 光模块需求的拉动明确。CPO 趋势下，天孚通信、太辰光等深耕精密光学耦合和光纤阵列的公司面临价值重塑机遇。
• 交换机 ODM：智邦、广达受益于 Tomahawk 白盒交换机出货增长。
• 半导体封装供应链：台积电（CoWoS 及硅光集成）、日月光、Amkor 等具备先进光学封装能力的厂商。
• DCI 设备厂商：Ciena、华为、中兴、Infinera 等受益于数据中心跨园区互联带宽升级需求。

9 市场规模

9.1 数据中心以太网交换芯片市场

公开资料未见 Tomahawk 系列单独的销售额或市场份额精确数据。行业通常将 Broadcom 视为数据中心以太网交换芯片的头部供应商（其一），具体份额需以 Gartner、IDC、650 Group 或公司年报披露的 A/B 级来源为准。从 AI 驱动角度，AI 集群规模从万卡向十万卡、百万卡快速演进，交换芯片呈现量价齐升特征。

9.2 光模块市场共振

中信证券 2025 年 6 月研报指出，Tomahawk 6 量产将直接推动 1.6T 光模块和 DCI 需求快速增长。LightCounting 2025 年 1 月预测，1.6T 光模块市场将在 2025-2028 年进入高速增长期，首年部署量预计达数十万只级别。CPO 方案若成熟放量，据 Yole Group 2024 年预测，CPO 市场规模有望在 2030 年前后达到数十亿美元量级，可能改变光模块产业链的价值分配，从分立模块向引擎与连接器转移。

9.3 供给端约束

Tomahawk 6 CPO 版本的交付标志着硅光共封装从实验室走向规模商用，产能取决于台积电先进封装（CoWoS）及硅光产线良率提升节奏。2025 年台积电 CoWoS 产能持续紧张（台积电 2024Q4 法说会，2025 年 1 月），可能对 CPO 版本上量构成阶段性约束。

10 玩家对比

10.1 Broadcom vs NVIDIA（InfiniBand/Spectrum-X）

• 技术路线：Broadcom 坚持开放以太网路线，以 Tomahawk Ultra/6 通过 SUE 概念侵入传统 InfiniBand 腹地；NVIDIA 拥有 Quantum InfiniBand 和 Spectrum-X 以太网两条产品线，分别在专用计算网络和 AI 以太网上布局。Spectrum-X 针对 AI 进行了 RoCE 优化，但截至 2025 年中公开资料未见其提供与 Tomahawk Ultra 同等粒度的小包优化和网络内计算能力。
• 生态博弈：Broadcom 依赖白盒交换机生态，客户可自主选择 ODM 和软件；NVIDIA 提供端到端封闭方案（GPU-NVLink-Infiniband/Spectrum 交换机），集成度高但锁定效应强。

10.2 传统以太网交换机芯片厂商

• Marvell：拥有 Teralynx 系列数据中心交换芯片，Teralynx 10 达到 51.2Tbps，侧重可编程性和大流表。针对 AI 小包延迟的优化力度公开资料未见与 Tomahawk Ultra 对等的详细披露。
• Intel：Tofino 系列以 P4 可编程性著称，但在总带宽代际上落后（Tofino 2 为 12.8Tbps，Tofino 3 路线图公开资料未见更新），在 AI Scale-Up 场景竞争力有限。
• Cisco：主要自研芯片用于自家 Nexus 交换机，封闭生态，未见参与白盒交换机市场的直接竞争。

10.3 CPO 领域先行者对比

• Broadcom 率先在 Tomahawk 6 上提供 CPO 商用变体。
• Intel 在硅光子领域有多年积累，但 CPO 交换机产品商业化进度公开资料未见与 Tomahawk 6 同期的量产消息。
• Ayar Labs、Ranovus 等初创公司聚焦硅光互连和 CPO，面向 chip-to-chip 和芯片间互联，与 Tomahawk 面向交换机层面的定位有所差异。

11 风险

11.1 AI 资本开支波动风险

超大规模云厂商的 AI 基础设施投入节奏受宏观经济、AI 商业模式落地进度等因素影响。若 AI 训练需求增速放缓，Tomahawk 6 及配套光模块的部署节奏可能不及预期。

11.2 InfiniBand 技术反制风险

NVIDIA 正持续升级 InfiniBand（NDR、XDR 路线图），并加速 Spectrum-X 以太网在 AI 场景的适配。若 InfiniBand 在延迟和生态便利性上保持显著领先，以太网替代 InfiniBand 的逻辑可能弱于预期。

11.3 CPO 良率与可靠性验证风险

CPO 涉及硅光芯片与交换 ASIC 的 2.5D/3D 共封装，其设计工艺、散热方案、测试手段和现场维修模式与传统可插拔光模块完全不同。良率爬坡周期、可靠性验证进度均存在不确定性，可能影响 Tomahawk 6 CPO 版本的规模上量节奏。

11.4 竞争对手挑战

NVIDIA Spectrum-X 以太网交换机方案若在 AI 小包性能和生态建设上加速追赶，可能蚕食 Tomahawk 在 AI 网络领域的增量空间。此外，超大规模客户自研交换芯片的趋势（如 AWS、Google）也可能在远期影响头部交换芯片供应商的市场空间。

11.5 供应链地缘风险

台积电先进制程和先进封装产能集中在特定地区，若面临地缘政治扰动或出口管制变化，可能影响 Tomahawk 芯片（特别是 CPO 版本）的生产交付。

12 误读纠偏

12.1 “Tomahawk 就是微星那个主板”

Broadcom Tomahawk 是大规模数据中心交换芯片；而 MSI 的“MAG B650/B850/Z790 Tomahawk”等是消费级主板，代号同名但完全无关。在 AI 网络语境下提到 Tomahawk，均指 Broadcom 交换机产品线。

12.2 “Tomahawk Ultra 只是总带宽做到 51.2Tbps 而已”

错误。Tomahawk Ultra 的本质不在总吞吐量，而在小包延迟、链路层无损和网络内计算等针对 AI 流量的架构重塑。一批同样标称 51.2T 的传统交换机，64 字节小包可能无法线速且存在尾丢弃，对 AI 训练来说是不合格的互联设备。

12.3 “以太网天生无法做到无损确定性延迟”

过去的确存在技术困难，但 Tomahawk Ultra 通过 CBFC 等硬件强化实现了极低丢包率和确定性延迟，性能参数上已逼近 InfiniBand。这正是 SUE 概念的技术基石。

12.4 “CPO 只是把光模块贴在交换机前面板”

CPO 的本质是将光引擎与交换 ASIC 通过 2.5D/3D 封装合封，省去 SerDes 长走线。其设计工艺、散热方案、测试手段和现场维修模式与传统可插拔模块完全不同，是一种系统级变革，并非简单的形态替换。

12.5 “Tomahawk 6 已经定义了一切，InfiniBand 没机会了”

Broadcom SUE 路线雄心勃勃，但 InfiniBand 在现有大规模 AI 集群中仍占据重要地位（尤其 NVIDIA GPU 原生生态），且 NVIDIA 对 InfiniBand 的后续代际迭代持续推进。以太网替代 InfiniBand 是一个长期趋势，而非短期内完成的格局颠覆。

13 最新事件

• 2025 年 6 月：中信证券发布研报指出，Broadcom 新一代 Tomahawk 6 交换芯片已开始向客户交付，“客户需求十分旺盛”。研报分析认为该产品将直接推动 1.6T 光模块和 DCI 需求的快速增长。
• 2025 年 7 月：OFweek 通信网发布深度文章《以太网变了！Tomahawk Ultra 重新定义 AI 互联底层架构》，披露了 Tomahawk Ultra 的关键技术细节，包括控制开销精简至 10 字节、端到端延迟小于 250 纳秒、支持网络内计算等。
• 2025 年（具体月份公开资料未见）：Tomahawk 6 CPO 版本首次交付，标志着硅光共封装从实验室走向规模商用，被业界视为 1.6T 光模块和 CPO 产业的关键催化剂。
• 2024-2025 年：Broadcom 在 OCP Summit 等公开场合持续推广 Scale-Up Ethernet（SUE）概念，阐述了用开放以太网统一 AI 集群 Scale-Up 和 Scale-Out 网络的技术愿景。

14 跟踪指标

14.1 厂商层面

• Broadcom 定期财报（10-Q/10-K）中网络业务板块的同比增速及管理层对 Tomahawk 系列的评述
• Broadcom 年度分析师日（Analyst Day）对交换芯片产品路线图及 AI 网络战略的更新
• 台积电月度营收及 CoWoS 产能扩建计划的进展（涉及 Tomahawk CPO 版本供给能力）

14.2 产业链层面

• 中际旭创、新易盛、Coherent 等头部光模块厂商的季度出货指引及 1.6T 产品进展
• 智邦、广达等白盒交换机 ODM 厂商的营收趋势
• 800G/1.6T 光模块及 DSP 芯片的价格走势
• OCP Summit、Hot Chips、OFC 等会议上关于 CPO、硅光子、SUE 的最新演讲和论文

14.3 需求端层面

• 微软、Meta、谷歌等超大规模云厂商的季度资本开支及 AI 基础设施投资占比
• CoreWeave、Lambda 等 GPU 云服务商的扩张计划和网络设备采购招标信息
• 公开的 AI 训练集群规模统计（万卡/十万卡/百万卡集群的实际部署数量）

14.4 竞争格局

• NVIDIA 定期财报中 InfiniBand/Spectrum-X 网络收入的趋势变化
• NVIDIA 在 GTC 大会上对 Quantum InfiniBand 下一代路线图和 Spectrum-X 生态的更新
• Marvell Teralynx 系列新一代产品的发布及客户导入进展

15 信源

• OFweek 通信网，《以太网变了！Tomahawk Ultra 重新定义 AI 互联底层架构》，2025 年 7 月发布。该文引用了 Tomahawk Ultra 的控制开销精简（46→10 字节）、端到端延迟（<250ns）、网络内计算等关键技术参数，具备较高的技术细节密度。
• 中信证券研报，《博通新一代交换芯片交付，关注光通信机遇》，2025 年 6 月。该研报明确指出 Tomahawk 6 已启动交付、“客户需求十分旺盛”，并分析了其对 1.6T 光模块与 CPO 产业的拉动效应。来源为头部券商行业研究，属于 B 级以上信源。
• Broadcom 官方网站产品页面及产品简介（Tomahawk 5/Tomahawk 6/Tomahawk Ultra），是产品规格和技术定位的一手来源。
• Broadcom 在 OCP Summit、Hot Chips 等公开会议上的演讲。可获取架构细节、性能参数及 SUE（Scale-Up Ethernet）战略的官方阐述。具体演讲年份和标题公开资料未逐一对应，建议读者在 OCP 和 Hot Chips 官方会议档案中检索。
• LightCounting，2025 年 1 月及后续光模块市场预测报告。提供 1.6T 光模块市场规模预测及厂商份额数据，属于第三方权威光通信市场研究机构，信源等级 B+。
• Yole Group，CPO 市场预测报告（2024 年版）。提供 CPO 市场规模预测及产业链分析，属于第三方权威半导体与光子学研究机构，信源等级 B+。
• 台积电季度法说会公开信息（2024Q4、2025Q1），涉及 CoWoS 产能规划及先进封装进展。
• Broadcom 季度财报（10-Q/10-K）与分析师日公开材料。提供网络业务板块收入趋势及管理层战略指引，属于 A 级一手信源。
• 注：Tomahawk 6 精确端口速率、总吞吐量及制程节点等部分技术细节，截至本文成稿时公开资料未见权威来源详细披露，供应链推测信息需以 Broadcom 官方后续发布的正式产品规格为准。