Huawei thúc đẩy quang học cận đóng gói cho mạng AI, tung mô-đun 7,2 Tbps sớm hơn chuẩn ngành

Huawei đang kêu gọi ngành mạng chuẩn hóa NPO, viết tắt của near-packaged optics hay quang học cận đóng gói, như một hướng thay thế cho các mô-đun quang cắm rời truyền thống trong mạng AI. Tại triển lãm China International Optoelectronic Exposition ở Thâm Quyến, hãng đã giới thiệu mô-đun NPO đạt băng thông 7,2 terabit/giây, tức 7,2 Tbps, và cho biết công nghệ này sẽ xuất hiện trong thế hệ SuperPOD AI tiếp theo của hãng. SuperPOD là nền tảng hạ tầng AI quy mô lớn, nơi nhiều bộ xử lý AI được kết nối thành một cụm tính toán hiệu năng cao.

Về bản chất, NPO đưa “động cơ quang” hay optical engine, thành phần chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu quang để truyền trên cáp quang, đến gần chip chuyển mạch hơn nhưng vẫn giữ nó ở dạng một gói phần cứng riêng cắm trên bo mạch chính. Cách làm này khác với mô-đun quang cắm rời đang phổ biến ở mặt trước thiết bị mạng, và cũng khác với CPO, tức co-packaged optics hay quang học đồng đóng gói, nơi phần quang được đặt sát hơn nữa, thậm chí chung đế đóng gói với chip chuyển mạch ASIC. ASIC là chip chuyên dụng cho một tác vụ cụ thể, trong trường hợp này là xử lý lưu lượng mạng tốc độ cực cao.

Các mô-đun quang cắm rời hiện nay thường tích hợp DSP, tức digital signal processor hay bộ xử lý tín hiệu số, để làm sạch và tái tạo tín hiệu nhận được. Nhưng khi tốc độ mạng tăng lên 800 Gbps, thậm chí 1,6 Tbps trong các cụm AI hiện đại, DSP trở thành nguồn tiêu thụ điện và tỏa nhiệt đáng kể. Đây là vấn đề lớn trong trung tâm dữ liệu, nơi mật độ thiết bị rất cao và chi phí làm mát ngày càng đắt đỏ. Theo cách nhìn của Huawei, NPO giúp giảm bớt nút thắt này bằng cách đưa phần xử lý cần thiết vào gần chip chuyển mạch hơn.

CPO từ lâu được xem là bước tiến lớn vì có thể giảm độ trễ, tức thời gian tín hiệu đi qua hệ thống, và hạ điện năng tiêu thụ nhờ rút ngắn đường truyền điện giữa chip và phần quang. Tuy nhiên, Huawei lập luận rằng kiểu đóng gói tiên tiến này vẫn quá đắt và tạo ra bài toán bảo trì khó chịu: nếu optical engine hỏng, việc thay thế trong trung tâm dữ liệu sẽ phức tạp hơn nhiều. Theo ông Man Jiangwei, Giám đốc Phòng thí nghiệm Quang điện tử Tiên tiến của Huawei, NPO hiện là công nghệ trưởng thành hơn, dễ tăng sản lượng và thuận tiện bảo trì, vì vậy phù hợp hơn cho giai đoạn trước mắt.

Huawei cho biết thiết kế NPO của mình loại bỏ DSP riêng trong mô-đun bằng cách tích hợp các chức năng đó vào ASIC của bộ chuyển mạch. Hãng nói cách tiếp cận này giúp giảm độ trễ từ khoảng 100 nano giây xuống còn 10 nano giây. Nano giây là một phần tỷ giây, đơn vị cực nhỏ nhưng rất quan trọng trong mạng AI, nơi hàng nghìn bộ xử lý phải trao đổi dữ liệu gần như tức thời. Huawei cũng tuyên bố mức tiêu thụ điện có thể giảm khoảng 60%, qua đó kéo chi phí tổng thể xuống đáng kể.

Điểm đáng chú ý là Huawei trình diễn sản phẩm 7,2 Tbps trong khi nỗ lực xây dựng chuẩn NPO mới chỉ chính thức khởi động từ tháng 5 năm nay tại diễn đàn OIF, tức Optical Internetworking Forum, một tổ chức ngành chuyên xây dựng tiêu chuẩn kết nối quang. Các thành viên của OIF có nhiều tên tuổi lớn như Cisco, HPE, Arista và Nvidia. Trong giai đoạn đầu, nhóm này tập trung vào giao diện NPO 6,4 Tbps, với lộ trình mở rộng lên 12,8 Tbps về sau. Việc Huawei đi trước với 7,2 Tbps cho thấy hãng đang muốn định hình cuộc chơi từ sớm.

Theo Huawei, chênh lệch giữa 6,4T và 7,2T phản ánh nhu cầu phân bổ băng thông khác nhau giữa các nhà sản xuất. Trong ngữ cảnh này, lane là một “làn” truyền dữ liệu tốc độ cao. Thiết kế NPO của Huawei được cho là sử dụng 36 lane, mỗi lane đạt 200 gigabit/giây, trong khi đề xuất 6,4 Tbps của OIF dùng 32 lane ở cùng tốc độ 200 Gbps mỗi lane. OIF hiện muốn xác định các yếu tố nền tảng như giao diện điện chung, kích thước cơ khí và đầu nối, nhằm đảm bảo thiết bị từ nhiều nhà cung cấp có thể tương thích với nhau.

Huawei xác nhận NPO nội bộ sẽ được đưa vào thế hệ thứ ba của nền tảng SuperPOD AI. Đây có thể xem là đối trọng với các hệ thống rack-scale như NVL của Nvidia, tức những kiến trúc gom nhiều máy chủ và bộ xử lý tăng tốc vào một cụm lớn để huấn luyện và suy luận AI. SuperPOD của Huawei kết nối số lượng lớn NPU Ascend, trong đó NPU là neural processing unit, bộ xử lý chuyên tăng tốc các tác vụ trí tuệ nhân tạo. Hãng chưa công bố ngày bán ra, nhưng úp mở rằng sẽ tiết lộ thêm tại sự kiện Huawei Connect ở Thượng Hải.

Dù câu chuyện chính là kỹ thuật, yếu tố địa chính trị vẫn phủ bóng lên tham vọng của Huawei. Các lệnh hạn chế xuất khẩu từ Mỹ có thể ảnh hưởng đến mức độ chấp nhận của thị trường, nhất là nếu NPO bị nhìn nhận như một công nghệ do Huawei dẫn dắt. Trước câu hỏi này, đại diện Huawei không đi sâu vào chính trị mà nhấn mạnh rằng hãng muốn hợp tác cởi mở với các nhà cung cấp từ Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản và nhiều khu vực khác để cùng phát triển hệ sinh thái NPO và phục vụ làn sóng AI đang bùng nổ.

Cuộc đua quang học cho mạng AI không chỉ có NPO và CPO. Đầu năm nay, Arista Networks còn giới thiệu XPO, viết tắt của eXtra-dense Pluggable Optics. Khái niệm này vẫn giữ định dạng mô-đun cắm ở mặt trước thiết bị, nhưng bổ sung tấm làm lạnh chất lỏng tích hợp để giải quyết nhiệt lượng cao. Arista cho biết XPO có thể đạt tới 12,8 Tbps mỗi mô-đun, tương đương 64 lane ở tốc độ 200 Gbps mỗi lane. Điều đó đồng nghĩa thị trường có thể sẽ không nhanh chóng thống nhất về một định dạng duy nhất.

Thông điệp lớn nhất từ động thái của Huawei là ngành mạng cho AI đang bước vào giai đoạn tái thiết kiến trúc kết nối. Khi tốc độ tăng quá nhanh, mô-đun cắm rời truyền thống bộc lộ giới hạn về điện năng và nhiệt, còn CPO vẫn vướng chi phí và khả năng sửa chữa. NPO vì thế nổi lên như giải pháp cân bằng hơn giữa hiệu năng, mức trưởng thành sản xuất và vận hành thực tế. Tuy nhiên, lựa chọn nào thắng thế cuối cùng sẽ phụ thuộc vào sự ủng hộ của nhà sản xuất switch, yêu cầu của khách hàng và mức độ sẵn sàng của chuỗi cung ứng. Trong ngắn hạn, NPO, CPO và XPO nhiều khả năng sẽ cùng tồn tại.