Marvell bắt tay GlobalFoundries mở rộng sản xuất wafer quang học, tăng tốc cuộc đua hạ tầng AI

Marvell vừa công bố mở rộng hợp tác với GlobalFoundries, một hãng đúc bán dẫn của Mỹ nổi tiếng trong lĩnh vực silicon photonics, tức công nghệ quang tử silicon dùng ánh sáng để truyền dữ liệu trên nền chip. Thỏa thuận mới tập trung vào việc nâng công suất sản xuất wafer silicon germanium (SiGe) tại nhà máy Burlington, bang Vermont. Wafer là tấm vật liệu bán dẫn mỏng dùng làm nền để chế tạo chip, còn SiGe là vật liệu kết hợp silicon và germanium, thường được dùng trong các linh kiện truyền tín hiệu tốc độ cao. Động thái này được xem là bước đi quan trọng nếu Marvell muốn tận dụng cơn bùng nổ hạ tầng AI và tiến gần hơn tới vị thế doanh nghiệp nghìn tỷ USD mà nhiều người trong ngành từng nhắc tới.

Theo GlobalFoundries, năng lực sản xuất bổ sung sẽ phục vụ các thế hệ kết nối quang học mới như CPO, NPO và mô-đun quang cắm rời thế hệ tiếp theo. CPO, viết tắt của co-packaged optics, là cách đặt linh kiện quang học sát ngay bên cạnh chip xử lý hoặc chip chuyển mạch để giảm điện năng và tăng độ ổn định. NPO, hay near-packaged optics, là mô hình tương tự nhưng linh kiện quang được đặt gần chip thay vì tích hợp sát nhất có thể. Những công nghệ này đặc biệt quan trọng với optical transceiver, tức bộ thu phát quang có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu ánh sáng và ngược lại. Đây là thành phần cốt lõi trong các trung tâm dữ liệu AI, nơi dữ liệu phải di chuyển giữa GPU, máy chủ và switch với tốc độ cực cao.

Thị trường đang dõi theo cách các hãng lớn triển khai quang học trong những hệ thống AI quy mô ngày càng lớn. Nvidia hiện đã sử dụng co-packaged optics trong một số dòng switch Spectrum Ethernet và Quantum InfiniBand. Ethernet là chuẩn mạng phổ biến trong trung tâm dữ liệu, còn InfiniBand là công nghệ kết nối hiệu năng cao thường thấy trong siêu máy tính và cụm AI. Trong khi đó, giới phân tích cho rằng NPO sẽ ngày càng phù hợp với các hệ thống đa rack, tức kiến trúc trải rộng trên nhiều tủ máy chủ thay vì gói gọn trong một rack duy nhất. Đây cũng là kiểu thiết kế được kỳ vọng xuất hiện trong các siêu cụm AI mới, bao gồm cả những nền tảng như SuperPods dùng chip Ascend 960DT của Huawei.

GlobalFoundries cho biết công nghệ SiGe của hãng đã được xác thực ở mức 200 Gbps mỗi lane. Lane có thể hiểu là một ‘làn dữ liệu’ trong kết nối tốc độ cao, và khi nhiều lane được ghép lại, tổng băng thông sẽ tăng mạnh. Mốc 200 Gbps mỗi lane là điều kiện cần để tạo ra các transceiver 1,6 Tbps, tức thiết bị truyền dữ liệu quang đạt tổng băng thông 1,6 terabit mỗi giây. Xa hơn, nếu tốc độ mỗi lane tiếp tục tăng, ngành công nghiệp có thể tiến tới transceiver 3,2 Tbps, vốn đã nằm trong lộ trình phát triển của nhiều nhà cung cấp hạ tầng mạng.

Nhu cầu với quang học tăng mạnh không chỉ vì AI bùng nổ, mà còn vì giới hạn vật lý của kết nối đồng đang ngày càng rõ rệt. Trong nhiều năm, cáp đồng vẫn là lựa chọn rẻ hơn và tiết kiệm điện hơn cho các kết nối ngắn trong trung tâm dữ liệu. Tuy nhiên, khi tốc độ mỗi lane tăng từ 25 Gbps lên 50, 100 rồi 200 Gbps, cáp đồng bắt đầu gặp khó về khoảng cách truyền. Ở mức 400 Gbps mỗi lane, nhiều chuyên gia cho rằng đồng gần như đã tới giới hạn, thậm chí trong cùng một rack cũng khó truyền xa quá khoảng 1,25 mét mà vẫn giữ được tín hiệu ổn định. Điều đó khiến optics, tức công nghệ truyền dữ liệu bằng ánh sáng, từ vai trò bổ trợ trở thành thành phần gần như bắt buộc trong hạ tầng AI thế hệ mới.

Việc Marvell và GlobalFoundries mở rộng hợp tác cho thấy cuộc đua không còn nằm ở thiết kế chip hay switch đơn thuần, mà đã lan sang cả chuỗi cung ứng vật liệu và linh kiện quang tử. Photonics, hay quang tử học, là lĩnh vực khai thác photon – các hạt ánh sáng – để truyền và xử lý thông tin nhanh hơn, hiệu quả hơn điện tử truyền thống trong một số ứng dụng. GlobalFoundries không phải cái tên duy nhất tăng công suất. Nvidia trước đó cũng đã rót hàng tỷ USD vào các công ty công nghệ quang học như Lumentum và Coherent. Sau đó, Coherent thông báo kế hoạch tăng gấp 4 sản lượng wafer indium phosphide tại nhà máy ở Texas. Indium phosphide là vật liệu bán dẫn chuyên dùng cho laser, photodetector và modulator; trong đó photodetector là linh kiện nhận ánh sáng để chuyển thành tín hiệu điện, còn modulator là bộ điều biến dùng để mã hóa dữ liệu lên chùm sáng. Tất cả cho thấy nền công nghiệp AI đang bước vào giai đoạn mà năng lực sản xuất quang học có thể quyết định ai đủ sức mở rộng quy mô trước.