Giới thiệu về Module Quang 800G/1.6T
Trong thời đại công nghệ số ngày nay, nhu cầu về băng thông và tốc độ truyền tải dữ liệu ngày càng tăng cao. Các trung tâm dữ liệu và cụm AI đang chuyển mình mạnh mẽ để đáp ứng yêu cầu này. Bài viết này sẽ khám phá chi tiết về Module Quang 800G và 1.6T, cùng với những công nghệ tiên tiến mà chúng mang lại.
Sự phát triển của bộ thu phát quang: Từ 100G đến 1.6T
Nhu cầu về sức mạnh tính toán trong các trung tâm dữ liệu và cụm AI đã thúc đẩy sự phát triển liên tục của các module quang. Đến năm 2023, ngành công nghiệp đã bước vào kỷ nguyên 800G. Hãy cùng điểm qua bốn bước ngoặt cách mạng mà ngành công nghiệp bộ thu phát quang đã trải qua trong một thập kỷ qua:
Giai đoạn 1: Kỷ nguyên 100G (2015-2018)
- Chiếm ưu thế bởi các dạng CFP/QSFP28 với điều chế NRZ.
- Triển khai ban đầu trong các mạng lưới viễn thông.
- Hạn chế chính: tiêu thụ năng lượng 3W+ mỗi cổng.
Giai đoạn 2: Đột phá 400G (2019-2022)
- Giới thiệu điều chế PAM4, tăng khả năng hiệu suất quang.
- Đóng gói QSFP-DD/OSFP cho phép gộp kênh 4x100G.
- Các gã khổng lồ trong đám mây áp dụng 400G DR4 cho kết nối trong trung tâm dữ liệu.
- Tăng cường hiệu suất năng lượng lên 8-10W/cổng.
Giai đoạn 3: Thương mại hóa 800G (2023-2025)
- Kiến trúc 8x100G với chip DSP 3nm.
- LPO (Linear Pluggable Optics) giảm độ trễ 30%.
- Ra mắt module 800G ZR/ZR+ đầu tiên của ngành cho mạng lưới quang học.
Giai đoạn 4: Tính năng 1.6T (2025-2027)
- Kênh 8x200G sử dụng SerDes 200G.
- Công nghệ Co-packaging (NVIDIA Spectrum-X).
- Đột phá về độ toàn vẹn tín hiệu: 4dB mất mát so với 22dB truyền thống.
- Huawei đã ra mắt giải pháp chuỗi cung ứng 100% Trung Quốc.
Tại sao 800G/1.6T là tương lai của mạng lưới trung tâm dữ liệu và AI
Nhu cầu từ việc huấn luyện và suy diễn mô hình AI đang thúc đẩy sự chuyển mình mạnh mẽ từ tính toán truyền thống sang tính toán thông minh. Đến năm 2023, quy mô toàn cầu của sức mạnh tính toán thông minh đã đạt 335 EFLOPS, với tỷ lệ tăng trưởng 136%, vượt xa 24% của sức mạnh tính toán tổng quát. Tăng trưởng này đã dẫn đến nhu cầu băng thông tăng mạnh của các trung tâm dữ liệu, với mức tiêu thụ năng lượng của một máy chủ AI vượt ngưỡng 10kW.
Giá trị cốt lõi của các module quang 800G và 1.6T nằm ở việc vượt qua các nút thắt băng thông trong khi tối ưu hóa hiệu suất năng lượng. Giải pháp 800G, thông qua đóng gói QSFP-DD/OSFP, tăng tốc độ một cổng lên 800Gbps với truyền tải song song 8 kênh, giảm tiêu thụ năng lượng 30% khi kết hợp với công nghệ điều khiển LPO. Nó đã được triển khai quy mô lớn tại các trung tâm dữ liệu của các gã khổng lồ như Meta và Google.
Kiến trúc kỹ thuật của các Module 800G/1.6T
Các thành phần chính: DSP, Công nghệ LPO và Thiết kế Co-Package
Kiến trúc của các module quang 800G/1.6T dựa trên ba công nghệ chuyển đổi: Xử lý tín hiệu số (DSP), LPO (Linear Pluggable Optics) và Thiết kế Co-Package. DSP vẫn là nền tảng cho độ toàn vẹn tín hiệu tốc độ cao, sử dụng điều chế PAM4 tiên tiến để giảm thiểu sự phân tán màu và các hiệu ứng phi tuyến tính trong các liên kết quang học 800G-ZR+.
Sự gia tăng nhu cầu về độ trễ thấp do AI đã thúc đẩy LPO trở thành một lựa chọn thay thế đột phá. Bằng cách loại bỏ DSP và tích hợp các chip điều khiển trực tiếp với các chip ASIC chuyển mạch, các module LPO giảm tiêu thụ năng lượng 40-50% (ví dụ: 6.5W so với 12W trong các module 800G-FR4 truyền thống) trong khi giảm độ trễ đầu cuối xuống dưới 2ns. Thiết kế co-package đẩy mạnh tích hợp hơn nữa: nền tảng Spectrum-X của NVIDIA nhúng các động cơ quang học silicon 1.6T vào bên trong các chip chuyển mạch, thu hẹp chiều dài đường dẫn điện từ 10cm xuống dưới 1cm, giảm thiểu mất mát tín hiệu từ 22dB xuống 4dB và cho phép khả năng SerDes 224G PAM4. Sự tiến hóa này giải quyết các nhu cầu khác nhau: DSP cho các mạng lưới quang học dài hạn, LPO cho các cụm AI tiết kiệm năng lượng và co-package cho mật độ siêu quy mô.
So sánh và lựa chọn giữa QSFP-DD và OSFP
Việc lựa chọn giữa các dạng QSFP-DD và OSFP cho các triển khai 800G/1.6T phụ thuộc vào khả năng thiết kế cơ khí và hiệu suất nhiệt. QSFP-DD duy trì khả năng tương thích ngược với cơ sở hạ tầng 400G hiện có nhưng gặp khó khăn trong việc tỏa nhiệt quá 14W – một nút thắt quan trọng cho các module 1.6T yêu cầu ngân sách năng lượng 20W+. Ngược lại, OSFP có khung rộng hơn 40.5mm với bộ tản nhiệt tích hợp, cho phép hoạt động ổn định ở mức 18W với 8×112G PAM4. Điều này khiến các nhà cung cấp dịch vụ lớn như Google và Alibaba chọn các biến thể OSFP-XD cho các triển khai 1.6T, nơi cấu hình 8×200G đạt được băng thông tổng hợp 1.6Tbps.
Chọn Standard: SMF vs. MMF
Lựa chọn giữa các tiêu chuẩn SMF và MMF trong 800G/1.6T phụ thuộc vào yêu cầu về tầm với và chi phí. SR8 (Short Reach 8-lane) sử dụng sợi quang đa mode OM4/OM5 với 8×100G PAM4, dành cho các cụm AI trong rack. Trong khi đó, các biến thể FR4/LR4 sử dụng laser EML với 4×200G cho phép truyền tải 2km/10km.
Ứng dụng thúc đẩy việc áp dụng 800G/1.6T
Lộ trình công nghiệp: Từ 800G đến 1.6T
Trong giai đoạn từ 2024 đến 2026, chúng ta sẽ chứng kiến sự triển khai lớn cho 800G, với các module 1.6T dự kiến sẽ được sử dụng thương mại sau 2025. Ví dụ, Accelink Technologies đã ra mắt module 1.6T OSFP224 DR8, hỗ trợ tốc độ 8×200G.
Cụm AI/ML: Đáp ứng nhu cầu kết nối GPU-to-GPU
Các mạng InfiniBand và RoCE dựa vào các module 800G để đạt được giao tiếp không mất mát. Ví dụ, các bộ chuyển mạch CloudEngine của Huawei được trang bị module 800G, nâng cao hiệu suất đồng bộ hóa tham số.
Trung tâm dữ liệu siêu quy mô và mạng đám mây
Module 800G hỗ trợ khả năng chuyển mạch trên 100T.
Cơ sở hạ tầng 5G-Advanced và Edge Computing
Module quang 800G hỗ trợ backhaul tốc độ cao giữa các trạm gốc 5G thông qua các mạng fronthaul và midhaul.
Thách thức trong việc triển khai các Module 800G/1.6T
Quản lý nhiệt cho quang học mật độ cao
Việc triển khai dày đặc dẫn đến tăng nhiệt độ module, cần phải sử dụng công nghệ làm mát bằng chất lỏng và làm mát thermoelectric (TEC).
Chi phí so với hiệu suất
Chi phí của một module 800G cao gấp 2-3 lần so với module 400G, nhưng giá đang giảm dần nhờ vào tích hợp quang học và tối ưu hóa sản xuất.
Xu hướng tương lai: Vượt ra ngoài 1.6T và đổi mới Co-Package
Công nghệ mới nổi: LPO và tích hợp CPO
LPO đạt được giảm 30% tiêu thụ điện năng bằng cách đơn giản hóa DSP, phù hợp cho các tình huống ngắn hạn. CPO đang tiến tới mức độ tích hợp cao hơn, ví dụ như kế hoạch của NVIDIA ra mắt switch CPO 3.2T vào năm 2026.
Dự báo ngành: Tăng trưởng thị trường 800G/1.6T đến năm 2030
Dự báo rằng đến năm 2026, CPO sẽ chiếm 30% các cổng trong các trung tâm dữ liệu siêu quy mô.
Câu hỏi thường gặp
Q: 800G so với 400G trong các triển khai thực tế?
A: Sự khác biệt chính giữa 800G và 400G nằm ở mật độ băng thông.
Q: Sự khác biệt chính giữa 1.6T và 800G là gì?
A: 1.6T là phiên bản tiến hóa của 800G.
Q: Liệu co-packaging có thay thế các module cắm truyền thống không?
A: CPO và các module cắm sẽ tồn tại song song trong dài hạn.
