Tomahawk

1 3 秒看懂

Broadcom Tomahawk（戰斧）系列是面向超大規模資料中心與 AI 訓練叢集的高階乙太網路交換晶片。它不是單純追求總頻寬，而是用極致低延遲、小包線速轉發、鏈路層無損傳輸與網路內計算去替代 InfiniBand、NVLink 等封閉架構，重新定義 AI 互聯底層網路。

2 3 分鐘產業解釋

在 AI 大型模型訓練中，成千上萬個 GPU/XPU 之間的通訊不再是大塊連續資料的“搬運”，而是無數小資料包的高頻互動。傳統乙太網路交換晶片擅長處理大象流，對小包延遲和擁塞控制並不敏感，這直接拉低了 GPU 叢集的有效算力。

Broadcom Tomahawk 系列反其道而行，專門推出 Tomahawk Ultra 等變體，聚焦 51.2Tbps 滿負荷下 64 位元組小包的線速轉發，並將端到端延遲壓至 250 納秒以內。它通過精簡乙太網路報頭、將錯誤恢復前置到鏈路層以及基於信用的流控等技術，在標準乙太網路上實現了近乎無損、確定性的網路傳輸。在此基礎上，Broadcom 提出了 Scale-Up Ethernet（SUE）的概念，意圖用開放乙太網路取代昂貴的 InfiniBand 和封閉的 NVSwitch/NVLink 內部互聯，為百萬級 XPU 叢集提供統一、可擴充套件且成本更優的網路方案。

最新交付的 Tomahawk 6（2025 年由 Broadcom 宣佈交付，見中信證券 2025 年 6 月研究報告）更進一步，其晶片建置的網路可支撐百萬級 XPU 叢集，並且推出了共封裝光學（CPO）版本，直接在晶片上整合光引擎，消滅板級 SerDes 瓶頸，進一步降低功耗和延遲，被視為大規模 DCI 和 1.6T 光模組需求爆發的關鍵催化劑。

3 技術原理

Tomahawk Ultra 的技術核心是重新設計乙太網路轉發流水線，使其對 AI 通訊負載特徵（高頻率小訊息、低延遲尖峰、突發流量）進行硬化最佳化。

3.1 小包延遲何以成為 AI 互聯的死穴

分散式訓練中的 All-Reduce、All-to-All 集合通訊往往將大張量切分成大量微小訊息進行傳輸。傳統交換器的大緩衝區加尾丟棄策略，在小包併發下極易造成微突發擁塞（micro-burst），導致尾部延遲飆升，進而拖慢整個訓練步（iteration）的完成時間。Tomahawk Ultra 從三個層面攻克該難題。

3.2 報頭壓縮與有效載荷效率提升

傳統乙太網路幀頭部包含目的 MAC、源 MAC、VLAN 標籤等共 14 位元組，疊加 IP/UDP 等封裝，有效載荷比率低下。據 OFweek 通訊網 2025 年 7 月報道，Tomahawk Ultra 將控制開銷由常見的 46 位元組大幅精簡至 10 位元組，且不違背協議標準（可能通過自定義低開銷隧道封裝或 Context-based Header）。這使得 64 位元組小包的有效吞吐頻寬利用率躍升，實際裝箱效率顯著高於普通交換器。

3.3 鏈路層無損與快速糾錯

標準網路依賴端到端傳輸層（如 TCP 或 RoCE 的 Go-Back-N）進行重傳，路徑長且開銷大。Tomahawk Ultra 採用兩種機制的協同：

鏈路層重傳（LLR）：將錯誤恢復完全放在逐跳鏈路層，檢測到誤碼後立即請求重傳，上層協議完全無感。
前向糾錯（FEC）：在物理編碼子層預先插入校驗碼，允許接收端在無重傳情況下糾正大多數隨機誤碼。

LLR 與 FEC 組合使傳輸近乎零丟包，且錯誤修復延遲保持在納秒級。

3.4 基於信用的流控（CBFC）

用傳送授權機制替代傳統被動擁塞管理：

[傳送端] ────────(資料)────────> [接收端]
    ^                                |
    |──────(信用包/允許傳送)────────|

接收端根據本地剩餘緩衝區空間，定期向傳送端簽發“信用”。傳送端只有在擁有足夠信用時才傳送資料，從根本上杜絕了緩衝區溢位丟包。該機制類似 InfiniBand 的基於信用的流控，對無損乙太網路（lossless Ethernet）至關重要。

3.5 確定性低延遲流水線（簡化示意圖）

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

整個流程中，報頭壓縮在入口解析時完成，排程器嚴格依據信用排程出隊，出口插入 LLR 序列號和 FEC，無需高層軟體干預，全硬體流水線保證確定性延遲。

4 關鍵引數

4.1 Tomahawk Ultra（AI Scale-Up 最佳化變體）

指標	引數	來源/說明
總頻寬	51.2 Tbps	Broadcom 官方產品定位
小包吞吐	64 位元組報文下全雙工線速	OFweek 通訊網 2025.07
埠到埠延遲	<250 納秒	Broadcom 公佈的設計目標
無損特性	LLR + FEC + CBFC 組合	架構白皮書及公開演講
特殊功能	網路內計算加速、SUE 協議棧	Broadcom OCP 演講
控制開銷	精簡至約 10 位元組	OFweek 通訊網報道

4.2 Tomahawk 6（下一代旗艦）

指標	引數	來源/說明
叢集可擴充套件性	單晶片建置網路可支撐百萬級 XPU 叢集	中信證券研究報告（2025.06）
共封裝版本	提供 CPO 選項，片上整合光引擎	Broadcom 宣佈，具體封裝方案公開資料未見詳細揭露
埠速率	預計支援新一代 SerDes（如 224G PAM4）	供應鏈推測，具體數值公開資料未見
功耗表現	CPO 版本可降低 30% 以上埠功耗	供應鏈估算，券商研究報告引用

4.3 通用平台能力

支援 RoCEv2、遙測（INT）、大規模表項（路由/ACL）
動態負載均衡、VXLAN/NVGRE 隧道封裝
與 Broadcom PCIe 交換器、定製 ASIC 產品線形成 AI 互聯全套方案

5 技術路線

5.1 Tomahawk 家族代際演進

代際	年份	吞吐量	關鍵特性	製程工藝
Tomahawk 1	2014	3.2 Tbps	業界首款 25G/100G 多速率晶片	28nm（行業推算）
Tomahawk 2	2016	6.4 Tbps	25G×128 埠密度，增強遙測	工藝公開資料未見
Tomahawk 3	2017	12.8 Tbps	32×400G 或 64×200G	16nm（行業訊息）
Tomahawk 4	2019	25.6 Tbps	64×400G，亞微秒延遲	7nm（行業訊息）
Tomahawk 5	2022	51.2 Tbps	64×800G，原生 112G SerDes	製程公開資料未見
Tomahawk Ultra	約 2024-2025	51.2 Tbps	架構重構：LLR/CBFC/網路內計算	同代增強型
Tomahawk 6	2025 交付	公開資料未見精確數值	CPO 版本、百萬 XPU 支撐	公開資料未見

5.2 競品技術路線對比（量化表現）

維度	Broadcom Tomahawk Ultra/6	NVIDIA InfiniBand (Quantum-3)	NVIDIA NVLink/NVSwitch	傳統資料中心乙太網路交換器
網路層級	SUE 統一 Scale-Up/Out	專用 Scale-Out 計算網路	專用 GPU Scale-Up 內部互聯	主要 Scale-Out 前端網路
吞吐量	Ultra: 51.2T; 6: 更高（公開資料未見）	Quantum-3: 51.2T（800G 埠）	NVSwitch3: GPU 間 900GB/s 單向	主流 25.6T/51.2T
單埠延遲	<250ns（64B 小包）	SHARP 加速，通常 <1μs	數百納秒級（緊耦合匯流排）	典型 500ns~數 μs，尾部延遲大
小包效能	64B 全線速無損	支援低延遲聚合，本質高效能	專用協議，無丟包	大包方可線速，小包易擁塞
無損傳輸	LLR+FEC+CBFC，硬體確定性	基於信用流控，無損	匯流排級無丟包	PFC+ECN，引數調優複雜
網路內計算	支援集合通訊加速	支援 SHARP（樹狀/環狀聚合）	不適用（單機箱內）	普遍不支援
生態系統	開放乙太網路，白盒交換器	封閉 NVIDIA 端到端	完全封閉，僅 NVIDIA GPU	完全開放
封裝選項	Tomahawk 6 提供 CPO 版	無 CPO 商用版本	定製板級設計	無 CPO

6 上游

6.1 晶圓代工與先進封裝

Broadcom 通過台積電等代工廠生產 Tomahawk 晶片。Tomahawk 4 採用 7nm 工藝（行業訊息），後續節點演進具體制程公開資料未見詳細揭露。CPO 版本需要矽光晶片與交換 ASIC 進行 2.5D/3D 封裝（如 CoWoS-S/L/R 等），供應鏈涉及台積電 CoWoS 產能及光引擎供應商。據中信證券 2025 年 6 月研究報告，CPO 版本已啟動交付，產能取決於台積電先進封裝及矽光產線爬坡節奏。

6.2 SerDes IP 與測試裝置

高速 SerDes（112G/224G PAM4）是 Tomahawk 的核心硬核 IP，Broadcom 自身擁有業界頂尖的 SerDes 設計能力。測試與測量裝置由 Keysight、Tektronix 等廠商提供，用於驗證訊號完整性及協議一致性。

6.3 矽光引擎與光學元件

CPO 版本的矽光引擎、光纖陣列（FAU）、可拆卸光學聯結器等上游元件，涉及雷射器、調變器、波導、耦合等多環節。供應商格局目前仍在早期形成階段，公開資料未見 Tomahawk 6 CPO 版本的完整供應鏈清單。

7 下游

7.1 白盒交換器 ODM/OEM

基於 Tomahawk 晶片製造白盒交換器的廠商包括 Accton（智邦）、Quanta（廣達）、Inventec（英業達）等，終端客戶為微軟、Meta、Google等超大規模雲端廠商。Tomahawk 6 的交付將推動新一代 800G/1.6T 白盒交換器出貨。

7.2 光模組/器件廠商

Tomahawk 5 推動 800G 光模組需求，Tomahawk 6 進一步拉動 1.6T 光模組部署。受益廠商包括中際旭創（800G/1.6T 領導地位）、新易盛、天孚通訊、Coherent、Lumentum 等。CPO 版本的推出直接拉動矽光引擎、光纖陣列、可拆卸光學聯結器需求，可能重塑光模組產業價值鏈。

7.3 AI 基礎設施部署商

微軟、Meta、Oracle 等超大規模 AI 叢集最終客戶，以及 CoreWeave 等 GPU 雲端服務商，是 Tomahawk 網路方案的主要採購方。中信證券研究報告指出，2025 年 Tomahawk 6“客戶需求十分旺盛”。

7.4 高速銅纜/DAC 供應商

機櫃內 Top-of-Rack 連線仍大量使用無源銅纜（DAC），Amphenol、TE Connectivity 等廠商持續受益於埠密度提升。

7.5 DCI 裝置廠商

Tomahawk 6 推動的百萬級 XPU 叢集往往跨資料中心部署，DCI 頻寬需求同步膨脹，Ciena、華為、中興、Infinera 等 DCI 裝置廠商受益於跨園區互聯頻寬升級需求。

8 受益公司

以下基於公開產業資訊梳理，不構成任何投資建議：

Broadcom（博通，NASDAQ: AVGO）：平台級受益者。Tomahawk 晶片疊加 PCIe 交換器、定製 ASIC（TPU 等）、CPO 平台，形成 AI 互聯全套方案。Tomahawk 交換器晶片營收在其網路業務板塊中佔據重要份額，具體佔比公開資料未見精確拆分。
光模組廠商：中際旭創（1.6T 光模組領先，據 LightCounting 2024 年市場份額資料）、新易盛、Coherent 等。Tomahawk 6 對 1.6T 光模組需求的拉動明確。CPO 趨勢下，天孚通訊、太辰光等深耕精密光學耦合和光纖陣列的公司面臨價值重塑機遇。
交換器 ODM：智邦、廣達受益於 Tomahawk 白盒交換器出貨增長。
半導體封裝供應鏈：台積電（CoWoS 及矽光整合）、日月光、Amkor 等具備先進光學封裝能力的廠商。
DCI 裝置廠商：Ciena、華為、中興、Infinera 等受益於資料中心跨園區互聯頻寬升級需求。

9 市場規模

9.1 資料中心乙太網路交換晶片市場

公開資料未見 Tomahawk 系列單獨的銷售額或市場份額精確資料。行業通常將 Broadcom 視為資料中心乙太網路交換晶片的頭部供應商（其一），具體份額需以 Gartner、IDC、650 Group 或公司年報揭露的 A/B 級來源為準。從 AI 驅動角度，AI 叢集規模從萬卡向十萬卡、百萬卡快速演進，交換晶片呈現量價齊升特徵。

9.2 光模組市場共振

中信證券 2025 年 6 月研究報告指出，Tomahawk 6 量產將直接推動 1.6T 光模組和 DCI 需求快速增長。LightCounting 2025 年 1 月預測，1.6T 光模組市場將在 2025-2028 年進入高速增長期，首年部署量預計達數十萬只級別。CPO 方案若成熟放量，據 Yole Group 2024 年預測，CPO 市場規模有望在 2030 年前後達到數十億美元量級，可能改變光模組產業鏈的價值分配，從分立模組向引擎與聯結器轉移。

9.3 供給端約束

Tomahawk 6 CPO 版本的交付標誌著矽光共封裝從實驗室走向規模商用，產能取決於台積電先進封裝（CoWoS）及矽光產線良率提升節奏。2025 年臺積電 CoWoS 產能持續緊張（台積電 2024Q4 法說會，2025 年 1 月），可能對 CPO 版本上量構成階段性約束。

10 玩家對比

10.1 Broadcom vs NVIDIA（InfiniBand/Spectrum-X）

技術路線：Broadcom 堅持開放乙太網路線，以 Tomahawk Ultra/6 通過 SUE 概念侵入傳統 InfiniBand 腹地；NVIDIA 擁有 Quantum InfiniBand 和 Spectrum-X 乙太網路兩條產品線，分別在專用計算網路和 AI 乙太網路上版面配置。Spectrum-X 針對 AI 進行了 RoCE 最佳化，但截至 2025 年中公開資料未見其提供與 Tomahawk Ultra 同等粒度的小包最佳化和網路內計算能力。
生態博弈：Broadcom 依賴白盒交換器生態，客戶可自主選擇 ODM 和軟體；NVIDIA 提供端到端封閉方案（GPU-NVLink-Infiniband/Spectrum 交換器），整合度高但鎖定效應強。

10.2 傳統乙太網路交換器晶片廠商

Marvell：擁有 Teralynx 系列資料中心交換晶片，Teralynx 10 達到 51.2Tbps，側重可程式設計性和大流表。針對 AI 小包延遲的最佳化力度公開資料未見與 Tomahawk Ultra 對等的詳細揭露。
Intel：Tofino 系列以 P4 可程式設計性著稱，但在總頻寬代際上落後（Tofino 2 為 12.8Tbps，Tofino 3 路線圖公開資料未見更新），在 AI Scale-Up 場景競爭力有限。
Cisco：主要自研晶片用於自家 Nexus 交換器，封閉生態，未見參與白盒交換器市場的直接競爭。

10.3 CPO 領域先行者對比

Broadcom 率先在 Tomahawk 6 上提供 CPO 商用變體。
Intel 在矽光子領域有多年積累，但 CPO 交換器產品商業化進度公開資料未見與 Tomahawk 6 同期的量產訊息。
Ayar Labs、Ranovus 等初創公司聚焦矽光互連和 CPO，面向 chip-to-chip 和晶片間互聯，與 Tomahawk 面向交換器層面的定位有所差異。

11 風險

11.1 AI 資本支出波動風險

超大規模雲端廠商的 AI 基礎設施投入節奏受宏觀經濟、AI 商業模式落地進度等因素影響。若 AI 訓練需求增速放緩，Tomahawk 6 及配套光模組的部署節奏可能不及預期。

11.2 InfiniBand 技術反制風險

NVIDIA 正持續升級 InfiniBand（NDR、XDR 路線圖），並加速 Spectrum-X 乙太網路在 AI 場景的適配。若 InfiniBand 在延遲和生態便利性上保持顯著領先，乙太網路替代 InfiniBand 的邏輯可能弱於預期。

11.3 CPO 良率與可靠性驗證風險

CPO 涉及矽光晶片與交換 ASIC 的 2.5D/3D 共封裝，其設計工藝、散熱方案、測試手段和現場維修模式與傳統可插拔光模組完全不同。良率爬坡週期、可靠性驗證進度均存在不確定性，可能影響 Tomahawk 6 CPO 版本的規模上量節奏。

11.4 競爭對手挑戰

NVIDIA Spectrum-X 乙太網路交換器方案若在 AI 小包效能和生態建設上加速追趕，可能蠶食 Tomahawk 在 AI 網路領域的增量空間。此外，超大規模客戶自研交換晶片的趨勢（如 AWS、Google）也可能在遠期影響頭部交換晶片供應商的市場空間。

11.5 供應鏈地緣風險

台積電先進製程和先進封裝產能集中在特定地區，若面臨地緣政治擾動或出口管制變化，可能影響 Tomahawk 晶片（特別是 CPO 版本）的生產交付。

12 誤讀糾偏

12.1 “Tomahawk 就是微星那個主機板”

Broadcom Tomahawk 是大規模資料中心交換晶片；而 MSI 的“MAG B650/B850/Z790 Tomahawk”等是消費級主機板，代號同名但完全無關。在 AI 網路語境下提到 Tomahawk，均指 Broadcom 交換器產品線。

12.2 “Tomahawk Ultra 只是總頻寬做到 51.2Tbps 而已”

錯誤。Tomahawk Ultra 的本質不在總吞吐量，而在小包延遲、鏈路層無損和網路內計算等針對 AI 流量的架構重塑。一批同樣標稱 51.2T 的傳統交換器，64 位元組小包可能無法線速且存在尾丟棄，對 AI 訓練來說是不合格的互聯裝置。

12.3 “乙太網路天生無法做到無損確定性延遲”

過去的確存在技術困難，但 Tomahawk Ultra 通過 CBFC 等硬體強化實現了極低丟包率和確定性延遲，效能引數上已逼近 InfiniBand。這正是 SUE 概念的技術基石。

12.4 “CPO 只是把光模組貼在交換器前面板”

CPO 的本質是將光引擎與交換 ASIC 通過 2.5D/3D 封裝合封，省去 SerDes 長走線。其設計工藝、散熱方案、測試手段和現場維修模式與傳統可插拔模組完全不同，是一種系統級變革，並非簡單的形態替換。

12.5 “Tomahawk 6 已經定義了一切，InfiniBand 沒機會了”

Broadcom SUE 路線雄心勃勃，但 InfiniBand 在現有大規模 AI 叢集中仍佔據重要地位（尤其 NVIDIA GPU 原生生態），且 NVIDIA 對 InfiniBand 的後續代際迭代持續推進。乙太網路替代 InfiniBand 是一個長期趨勢，而非短期內完成的格局顛覆。

13 最新事件

2025 年 6 月：中信證券釋出研究報告指出，Broadcom 新一代 Tomahawk 6 交換晶片已開始向客戶交付，“客戶需求十分旺盛”。研究報告分析認為該產品將直接推動 1.6T 光模組和 DCI 需求的快速增長。
2025 年 7 月：OFweek 通訊網釋出深度文章《乙太網路變了！Tomahawk Ultra 重新定義 AI 互聯底層架構》，揭露了 Tomahawk Ultra 的關鍵技術細節，包括控制開銷精簡至 10 位元組、端到端延遲小於 250 納秒、支援網路內計算等。
2025 年（具體月份公開資料未見）：Tomahawk 6 CPO 版本首次交付，標誌著矽光共封裝從實驗室走向規模商用，被業界視為 1.6T 光模組和 CPO 產業的關鍵催化劑。
2024-2025 年：Broadcom 在 OCP Summit 等公開場合持續推廣 Scale-Up Ethernet（SUE）概念，闡述了用開放乙太網路統一 AI 叢集 Scale-Up 和 Scale-Out 網路的技術願景。

14 追蹤指標

14.1 廠商層面

Broadcom 定期財報（10-Q/10-K）中網路業務板塊的年增率增速及管理層對 Tomahawk 系列的評述
Broadcom 年度分析師日（Analyst Day）對交換晶片產品路線圖及 AI 網路戰略的更新
台積電月度營收及 CoWoS 產能擴建計劃的進展（涉及 Tomahawk CPO 版本供給能力）

14.2 產業鏈層面

中際旭創、新易盛、Coherent 等頭部光模組廠商的季度出貨展望及 1.6T 產品進展
智邦、廣達等白盒交換器 ODM 廠商的營收趨勢
800G/1.6T 光模組及 DSP 晶片的價格走勢
OCP Summit、Hot Chips、OFC 等會議上關於 CPO、矽光子、SUE 的最新演講和論文

14.3 需求端層面

微軟、Meta、Google等超大規模雲端廠商的季度資本支出及 AI 基礎設施投資佔比
CoreWeave、Lambda 等 GPU 雲端服務商的擴張計劃和網路裝置採購招標資訊
公開的 AI 訓練叢集規模統計（萬卡/十萬卡/百萬卡叢集的實際部署數量）

14.4 競爭格局

NVIDIA 定期財報中 InfiniBand/Spectrum-X 網路營收的趨勢變化
NVIDIA 在 GTC 大會上對 Quantum InfiniBand 下一代路線圖和 Spectrum-X 生態的更新
Marvell Teralynx 系列新一代產品的釋出及客戶匯入進展

15 信源

OFweek 通訊網，《乙太網路變了！Tomahawk Ultra 重新定義 AI 互聯底層架構》，2025 年 7 月釋出。該文引用了 Tomahawk Ultra 的控制開銷精簡（46→10 位元組）、端到端延遲（<250ns）、網路內計算等關鍵技術引數，具備較高的技術細節密度。
中信證券研究報告，《博通新一代交換晶片交付，關注光通訊機遇》，2025 年 6 月。該研究報告明確指出 Tomahawk 6 已啟動交付、“客戶需求十分旺盛”，並分析了其對 1.6T 光模組與 CPO 產業的拉動效應。來源為頭部券商行業研究，屬於 B 級以上信源。
Broadcom 官方網站產品頁面及產品簡介（Tomahawk 5/Tomahawk 6/Tomahawk Ultra），是產品規格和技術定位的一手來源。
Broadcom 在 OCP Summit、Hot Chips 等公開會議上的演講。可獲取架構細節、效能引數及 SUE（Scale-Up Ethernet）戰略的官方闡述。具體演講年份和標題公開資料未逐一對應，建議讀者在 OCP 和 Hot Chips 官方會議檔案中檢索。
LightCounting，2025 年 1 月及後續光模組市場預測報告。提供 1.6T 光模組市場規模預測及廠商份額資料，屬於第三方權威光通訊市場研究機構，信源等級 B+。
Yole Group，CPO 市場預測報告（2024 年版）。提供 CPO 市場規模預測及產業鏈分析，屬於第三方權威半導體與光子學研究機構，信源等級 B+。
台積電季度法說會公開資訊（2024Q4、2025Q1），涉及 CoWoS 產能規劃及先進封裝進展。
Broadcom 季度財報（10-Q/10-K）與分析師日公開材料。提供網路業務板塊營收趨勢及管理層戰略展望，屬於 A 級一手信源。
注：Tomahawk 6 精確埠速率、總吞吐量及製程節點等部分技術細節，截至本文成稿時公開資料未見權威來源詳細揭露，供應鏈推測資訊需以 Broadcom 官方後續釋出的正式產品規格為準。