Hệ Thống Quản Lý Cáp: Đường Dẫn Cáp Quang và Định Tuyến Mật Độ Cao cho Trung Tâm Dữ Liệu AI

Cập nhật ngày 11 tháng 12, 2025

Cập nhật tháng 12/2025: Trung tâm dữ liệu AI yêu cầu lượng cáp quang gấp 10 lần so với cơ sở hạ tầng thông thường. Mật độ rack trung bình tăng từ 15kW (2022) lên 40kW trong các khu AI mới, làm tăng gấp đôi số lượng cáp ngang trên mỗi rack. Thị trường dây và cáp trung tâm dữ liệu đạt 20,9 tỷ USD vào năm 2025, dự kiến 54,8 tỷ USD vào năm 2031. Các cụm AI của Meta đạt PUE 1.1 với định tuyến trên cao. Đầu nối MPO-16 và VSFF hỗ trợ 800G hiện tại và lộ trình 1.6T.

Các trung tâm dữ liệu AI tạo sinh yêu cầu lượng cáp quang gấp mười lần so với cơ sở hạ tầng thông thường để hỗ trợ các cụm GPU và kết nối độ trễ thấp.¹ Hạ tầng cáp kết nối hàng nghìn GPU thông qua mạng 800G tạo ra những thách thức quản lý mà các thiết kế trung tâm dữ liệu truyền thống chưa bao giờ dự đoán được. Các cụm GPU riêng lẻ yêu cầu 10-140kW mỗi rack buộc các nhà vận hành phải thiết kế lại bố cục xung quanh ống góp chất lỏng và hạ tầng làm mát, trong khi mật độ rack trung bình tăng từ 15kW năm 2022 lên 40kW trong các khu AI mới làm tăng gấp đôi số lượng cáp ngang trên mỗi rack.²

Thị trường quản lý cáp trung tâm dữ liệu dự kiến tăng trưởng đáng kể khi khối lượng công việc AI định hình lại yêu cầu hạ tầng.³ Thị trường dây và cáp trung tâm dữ liệu đạt 20,91 tỷ USD vào năm 2025 với dự báo 54,82 tỷ USD vào năm 2031 với CAGR 7,94%.⁴ Tăng trưởng thị trường khay cáp rack 9,8% phản ánh đầu tư gia tăng vào xây dựng và nâng cấp trung tâm dữ liệu.⁵ Đối với các tổ chức triển khai hạ tầng AI, các quyết định quản lý cáp được đưa ra trong giai đoạn thiết kế ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả làm mát, khả năng bảo trì và dung lượng cho tăng trưởng băng thông trong tương lai.

Định tuyến trên cao so với dưới sàn cho AI

Mô hình trung tâm dữ liệu sàn nâng truyền thống nhường chỗ cho định tuyến trên cao trong các triển khai AI hiện đại. Sự chuyển đổi này phản ứng với cả yêu cầu làm mát và hạn chế mật độ cáp của các đường dẫn dưới sàn.

Lợi ích của định tuyến trên cao được nhân lên trong môi trường mật độ cao. Cáp quang và AOC được treo phía trên rack để tránh cản trở luồng không khí lạnh.⁶ Các cụm AI của Meta sử dụng định tuyến trên cao để đạt PUE thấp tới 1.1.⁷ Chi phí xây dựng thấp hơn, dễ dàng bổ sung và theo dõi cáp, cùng sự tách biệt khỏi cáp điện cao áp ủng hộ phương pháp định tuyến trên cao.⁸

Hạn chế của định tuyến dưới sàn trở nên nghiêm trọng ở mật độ AI. Tắc nghẽn cáp cản trở luồng không khí và tạo ra các điểm nóng làm giảm hiệu quả làm mát.⁹ Phân phối điện dưới sàn gây ra nhiều vấn đề trong môi trường mật độ cao, nơi mỗi watt nhiệt thừa đều gây áp lực lên quản lý nhiệt.¹⁰ Các đường dẫn được thiết kế cho số lượng cáp trung tâm dữ liệu truyền thống không thể đáp ứng nhu cầu tăng gấp năm lần của mạng AI.

Khi nào định tuyến dưới sàn phù hợp: Cáp DAC đồng ngắn đặt dưới sàn nâng yêu cầu khoảng trống ít nhất 6 inch để ngăn cản trở luồng không khí.¹¹ Các đường dẫn dưới sàn nên chạy song song với các hàng tủ và hướng luồng không khí. Đường dẫn điện áp thấp không nên sâu quá 6 inch với khay cáp được lấp đầy không quá 50% dung lượng.¹² Sàn nâng vẫn hữu ích cho các cơ sở mật độ điện thấp hơn hoặc những nơi yêu cầu thay đổi và bổ sung thường xuyên.¹³

Tích hợp làm mát bằng chất lỏng làm phức tạp các quyết định định tuyến. Ống góp làm mát bằng chất lỏng chiếm không gian từng được sử dụng cho khay cáp, buộc các nhà thiết kế phải định tuyến lại các bó cáp với bán kính uốn chặt hơn.¹⁴ Quy hoạch phải đáp ứng cả đường dẫn cáp và phân phối chất làm mát ngay từ đầu thay vì coi một trong hai là vấn đề phụ.

Các trung tâm dữ liệu hiện đại ngày càng áp dụng sàn bê tông với cáp và hệ thống làm mát chạy trên cao thay vì bên dưới.¹⁵ Chiến lược làm mát bằng không khí tươi và ngăn chặn lối nóng hoạt động hiệu quả hơn so với định tuyến không khí dưới sàn cho các triển khai mật độ cao.¹⁶

Thiết kế đường dẫn cáp quang cho hạ tầng 800G

Các nhà cung cấp đám mây hàng đầu thiết kế trung tâm dữ liệu với kiến trúc ưu tiên quang học, nơi đường dẫn cáp quang nhận được mức độ ưu tiên quy hoạch tương đương với điện và làm mát thay vì được xem là vấn đề phụ.¹⁷ Phương pháp này nhận ra hạ tầng cáp quang là nền tảng cho khả năng AI.

Yêu cầu băng thông thúc đẩy mật độ cáp quang. Một rack AI đơn lẻ với 16 GPU có thể đẩy hơn 400Gbps lưu lượng đông-tây, tạo ra các nút thắt lớn trên các liên kết cũ.¹⁸ 800Gbps sẽ chiếm phần lớn các cổng mạng back-end AI trong suốt năm 2025.¹⁹ Việc chuyển đổi sang 1.6T tiếp tục leo thang mật độ.

Kiến trúc dự phòng đảm bảo tính khả dụng. Các trung tâm dữ liệu hiện đại triển khai mạng cáp quang với nhiều đường dẫn và kết nối dự phòng, cho phép định tuyến lại lưu lượng ngay lập tức nếu một liên kết bị lỗi.²⁰ Thiết kế chịu lỗi bảo vệ khối lượng công việc AI khỏi các lỗi kết nối có thể làm ngừng hoạt động các tài nguyên GPU đắt tiền.

Mở rộng theo mô-đun cho phép nâng cấp trong tương lai. Hệ thống cáp quang mở rộng tuyến tính thông qua các cassette mô-đun, trunk MTP và panel mật độ cao, cho phép nâng cấp 800G+ mà không cần tháo bỏ hạ tầng.²¹ Một mạng được xây dựng cho yêu cầu 400G phải đáp ứng tốc độ 800G, 1.6T hoặc nhanh hơn thông qua nâng cấp linh kiện thay vì tái xây dựng đường dẫn.

Mật độ đầu nối quan trọng cho hạ tầng tốc độ cao. Đầu nối MPO-16 và VSFF (Very Small Form Factor) hỗ trợ mạng 800G hiện tại và 1.6T trong tương lai.²² Cáp MMC và panel cáp quang FS mang lại mật độ cổng gấp ba lần định dạng MTP/MPO.²³ Một đầu nối MPO/MTP đơn lẻ kết thúc nhiều sợi quang (8 đến 32 hoặc hơn), hợp nhất nhiều kết nối vào các giao diện nhỏ gọn.²⁴

Độ nhạy độ trễ ảnh hưởng đến thiết kế đường dẫn. Trong môi trường AI, khoảng cách mạng giữa các GPU được đo bằng nano giây độ trễ.²⁵ Mỗi đầu nối hoặc điểm patch bổ sung đều trở thành nút thắt tiềm năng, vì vậy kiến trúc cáp quang phải giảm thiểu các giao diện vật lý trong khi duy trì khả năng bảo trì.²⁶

Công nghệ đầu nối mật độ cao

Việc chuyển đổi sang 800G và cao hơn thúc đẩy đổi mới đầu nối đáp ứng các yêu cầu về mật độ và hiệu suất.

Đầu nối MPO/MTP vẫn là tiêu chuẩn xương sống. Đầu nối Multi-fiber Push On (MPO) và Multi-fiber Termination Push-on (MTP) hợp nhất nhiều đầu cuối sợi quang vào các giao diện đơn lẻ.²⁷ Các biến thể từ 8 đến 32 sợi cho phép các cấu hình mật độ khác nhau phù hợp với yêu cầu transceiver.

Đầu nối VSFF tăng mật độ đáng kể. Đầu nối CS, SN và MDC có kích thước nhỏ hơn nhiều so với đầu nối LC truyền thống, cho phép nhiều kết nối hơn trong không gian rack tương đương.²⁸ Hệ số dạng nhỏ hơn trở nên quan trọng khi số lượng sợi quang tăng lên cho mạng AI.

Đầu nối MMC đẩy mật độ xa hơn. FS ra mắt giải pháp đầu nối MMC vào tháng 12/2025 đặc biệt cho cáp trung tâm dữ liệu thúc đẩy bởi AI, mang lại mật độ gấp ba lần MPO trong khi duy trì hiệu suất quang học.²⁹

Quản lý phân cực yêu cầu quy hoạch cẩn thận. Hệ thống MPO/MTP yêu cầu phân cực nhất quán trên cáp trunk, cassette và dây patch. Lỗi phân cực gây ra lỗi kết nối làm chậm triển khai và phức tạp hóa việc khắc phục sự cố. Các bộ lắp ráp pre-terminated với phân cực đã được xác minh giảm lỗi lắp đặt trong các cụm lớn.³⁰

Các phương pháp tốt nhất về quản lý cáp cho máy chủ GPU

Các rack GPU mật độ cao tạo ra các thách thức về nhiệt và tổ chức đòi hỏi các phương pháp quản lý cáp có kỷ luật.

Bảo vệ luồng không khí ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả làm mát. Các nghiên cứu cho thấy quản lý cáp đúng cách giảm 20-30% chi phí làm mát bằng cách loại bỏ các vật cản.³¹ Trong môi trường nơi các rack tản nhiệt 10-20kW, việc duy trì luồng không khí tối ưu thông qua tổ chức cáp trở nên quan trọng.³² Máy chủ AI mật độ cao có thể tăng gấp đôi mức tiêu thụ điện rack so với thiết bị truyền thống, khiến tổ chức cáp đúng cách càng quan trọng hơn cho quản lý nhiệt.³³

Hướng dẫn cụ thể của NVIDIA giải quyết các yêu cầu rack GPU. Đảm bảo rack có chiều rộng để đặt cáp giữa switch và thành bên rack. Cáp không nên cản luồng không khí hoặc việc tháo transceiver/đơn vị hệ thống. Buộc cáp vào cấu trúc rack để loại bỏ căng thẳng và lực kéo trên đầu nối.³⁴

Yêu cầu tách biệt ngăn nhiễu. Giữ cáp nguồn và cáp dữ liệu cách nhau ít nhất 50mm hoặc sử dụng khay có vách ngăn để ngăn nhiễu điện từ.³⁵ Tiêu chuẩn ngành khuyến nghị tách cáp dữ liệu và cáp nguồn ít nhất 12 inch.³⁶

Tuân thủ bán kính uốn bảo vệ tính toàn vẹn tín hiệu. Tuân theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất: thường gấp bốn lần đường kính cho Cat 6 và gấp mười lần cho cáp quang để ngăn mất tín hiệu.³⁷ Các tùy chọn cáp quang không nhạy với uốn cong giảm các hạn chế nhưng thông số kỹ thuật cấp cáp (không phải cấp sợi) vẫn là hạn chế thực tế trong các bó mật độ cao.

Phương pháp cố định ảnh hưởng đến khả năng bảo trì. Sử dụng dây buộc móc-vòng (Velcro) thay vì dây rút để bảo vệ vỏ cáp và cho phép định tuyến lại dễ dàng.³⁸ Để khoảng trống ít nhất 75mm phía trước cửa hút thiết bị và định tuyến cáp theo chiều ngang để tránh cản quạt.³⁹

Loại bỏ cáp không sử dụng ngăn quá tải. Để lại cáp không sử dụng tại chỗ thường gây ra quá tải rack, giảm luồng không khí, làm giảm hiệu suất thiết bị và phức tạp hóa việc khắc phục sự cố.⁴⁰ Kiểm tra cáp định kỳ xác định và loại bỏ hạ tầng bỏ hoang.

Các tùy chọn phần cứng hạ tầng

Phần cứng quản lý cáp dao động từ khay đơn giản đến hệ thống trên cao tinh vi phù hợp với các yêu cầu triển khai khác nhau.

Khay cáp thang có cấu trúc giống bậc thang tạo điều kiện lưu thông không khí và tản nhiệt trong khi hỗ trợ cáp nặng.⁴¹ Thiết kế mở cho phép kiểm tra trực quan và thoát nhiệt, khiến khay thang phổ biến cho các đường chạy ngang phía trên các hàng rack.

Khay dạng máng cung cấp thiết kế kín bảo vệ cáp khỏi độ ẩm và bụi bẩn.⁴² Cấu trúc đặc phù hợp với môi trường nơi bảo vệ vật lý quan trọng hơn tản nhiệt.

Sản phẩm dạng khay cung cấp bề mặt phẳng để đặt cáp, thúc đẩy lắp đặt có tổ chức.⁴³ Thiết kế đơn giản đáp ứng các kích thước cáp khác nhau và cho phép bổ sung dễ dàng.

Lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào môi trường và tải trọng. Khay nhôm có đặc tính nhẹ, chống ăn mòn, dễ lắp đặt lý tưởng cho môi trường nhạy cảm với trọng lượng.⁴⁴ Khay thép cung cấp độ bền và độ chắc chắn cao hơn cho tải cáp nặng và ứng dụng đòi hỏi cao.⁴⁵

Bộ quản lý dọc Zero-U tối đa hóa không gian thiết bị. Quản lý cáp dọc gắn phía sau trong không gian zero-U giữa ray rack và panel bên giải phóng các vị trí mặt trước cho thiết bị.⁴⁶ Phương pháp này phù hợp với các triển khai mật độ cao nơi mỗi đơn vị rack đều quan trọng.

Máng cáp xử lý tổ chức cáp dọc hiệu quả, đặc biệt trong các rack máy chủ mật độ cao nơi các đường chạy dọc phải được tổ chức và dễ tiếp cận.⁴⁷

Tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật

Các tiêu chuẩn ngành hướng dẫn thiết kế quản lý cáp để tuân thủ hiệu suất và an toàn.

TIA-942-C được phê duyệt vào tháng 5/2024 giải quyết mật độ rack cao hơn do khối lượng công việc AI thúc đẩy và công nhận các loại cáp quang đa mode mới.⁴⁸ Tiêu chuẩn này cung cấp khung cho thiết kế hạ tầng cáp trung tâm dữ liệu.

Category 8 Ethernet hỗ trợ tới 40Gbps ở khoảng cách ngắn, khiến nó lý tưởng cho các rack mật độ cao hiện đại nơi kết nối đồng vẫn phù hợp.⁴⁹ Cat 8 phù hợp cho kết nối server-to-ToR trong rack.

Cáp quang đa mode băng rộng OM5 cho phép nhiều bước sóng và cung cấp hiệu suất nâng cao cho mạng quang học thế hệ tiếp theo.⁵⁰ Loại sợi này hỗ trợ ghép kênh phân chia bước sóng để tăng dung lượng trên hạ tầng đa mode hiện có.

Hướng dẫn tỷ lệ lấp đầy ngăn quá tải đường dẫn. Khay cáp được thiết kế với dung lượng lấp đầy 50% cho phép không gian cho tản nhiệt và bổ sung trong tương lai.⁵¹ Đường dẫn quá đông đúc cản trở làm mát và phức tạp hóa việc di chuyển, bổ sung và thay đổi.

Quy hoạch cho tăng trưởng băng thông

Hạ tầng quản lý cáp phải đáp ứng dự báo tăng trưởng băng thông 50-75% hàng năm do sự phổ biến của AI thúc đẩy.⁵² Các thiết kế chỉ đáp ứng yêu cầu hiện tại sẽ đối mặt với sự lỗi thời trong thời gian ngắn.

Dự trữ số lượng sợi quang cho phép nâng cấp transceiver. Xương sống MPO/MTP số lượng sợi cao và panel patch mô-đun cho phép thích ứng với công nghệ transceiver mới thông qua hoán đổi cassette và dây patch thay vì