Cáp quang cho trung tâm dữ liệu: công nghệ tiên tiến nhất năm 2025

Cập nhật ngày 11 tháng 12 năm 2025

Cập nhật tháng 12/2025: Thị trường linh kiện quang học Datacom tăng trưởng hơn 60%, vượt 16 tỷ USD vào năm 2025. Xuất xưởng bộ thu phát 800G đạt mức tăng 100% so với cùng kỳ năm trước. Bộ thu phát 1.6T bắt đầu sản xuất cho các ứng dụng NVIDIA và hyperscale. NVIDIA công bố switch quang tích hợp đồng đóng gói dựa trên silicon photonics. Google chứng minh tiết kiệm 40% điện năng thông qua triển khai chuyển mạch mạch quang. OSFP-XD được tiêu chuẩn hóa là carrier 1.6T chính (92% hợp đồng hyperscale).

Thị trường linh kiện quang học datacom sẽ tăng trưởng hơn 60%, vượt 16 tỷ USD doanh thu trong năm 2025, chủ yếu nhờ sự tăng trưởng liên tục của xuất xưởng 400G và 800G.¹ Xuất xưởng bộ thu phát quang 800G sẽ đạt mức tăng 100% so với cùng kỳ năm trước vào năm 2025.² NVIDIA đã công bố switch quang tích hợp đồng đóng gói dựa trên silicon photonics, loại bỏ hoàn toàn các module thu phát cắm rời.³ Google đã chứng minh tiết kiệm 40% điện năng thông qua triển khai chuyển mạch mạch quang.⁴ Công nghệ cáp quang đang tiến bộ đồng thời trên nhiều mặt trận, định hình lại kiến trúc kết nối trung tâm dữ liệu cho kỷ nguyên AI.

Nhu cầu băng thông của việc huấn luyện và suy luận AI đang đẩy các kết nối quang vượt ra ngoài ranh giới truyền thống. Các cụm GPU đòi hỏi băng thông tổng hợp hàng terabit mỗi giây với độ trễ tối thiểu. Quá trình chuyển đổi từ bộ thu phát 400G sang 800G rồi 1.6T đang tăng tốc khi các nhà cung cấp hyperscale cạn kiệt công suất hiện có. Các kiến trúc mới bao gồm quang học cắm tuyến tính, quang học đồng đóng gói và chuyển mạch mạch quang đang thách thức mô hình bộ thu phát cắm rời đã định hình thập kỷ qua.

800G trở thành tiêu chuẩn phổ biến

Đến năm 2025, các module quang 800G không còn là công nghệ tương lai—chúng đại diện cho lựa chọn mặc định cho các dự án xây dựng mới trong các trung tâm dữ liệu AI và mạng đám mây hyperscale.⁵ Khối lượng công việc AI bùng nổ, các mô hình ngôn ngữ lớn hàng nghìn tỷ tham số và các cụm GPU dày đặc đẩy các mạng 100G, 200G và 400G truyền thống đến giới hạn.⁶ Nghiên cứu ngành và lộ trình của nhà cung cấp cho thấy quang học 800G sẽ chiếm ưu thế trong các triển khai mới tại các cụm AI và trung tâm dữ liệu lớn, đặc biệt ở các form factor OSFP và QSFP-DD.⁷

Xuất xưởng quang học 800GbE sẽ tăng 60% vào năm 2025.⁸ Sự tăng trưởng này theo sau mức tăng triển khai 250% so với cùng kỳ năm trước cho bộ thu phát quang 400G và tốc độ cao hơn trong năm 2024.⁹ Sự tăng tốc phản ánh cả việc mở rộng cơ sở hạ tầng và chu kỳ làm mới công nghệ khi các nhà vận hành thay thế thiết bị 100G và 200G cũ.

Giai đoạn từ 2024 đến 2026 đánh dấu pha triển khai quy mô lớn cho 800G.¹⁰ Công nghệ này thay thế 400G như lựa chọn ưu tiên cho việc nâng cấp mạng trung tâm dữ liệu.¹¹ Các tổ chức đang lên kế hoạch đầu tư cơ sở hạ tầng nên coi 800G là tiêu chuẩn cơ bản cho các triển khai mới.

Bộ thu phát 1.6T bắt đầu sản xuất

Quá trình chuyển đổi sang quang học datacom 1.6T bắt đầu vào năm 2025, mặc dù sản xuất số lượng lớn vẫn giới hạn ở các ứng dụng NVIDIA và hyperscale được chọn.¹² Xuất xưởng sẽ duy trì dưới một triệu đơn vị trong năm.¹³ Thế hệ 1.6T sẽ không ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ tăng trưởng 400G và 800G cho đến năm 2026.¹⁴

Accelink Technologies đã ra mắt module 1.6T OSFP224 DR8 hỗ trợ tốc độ 8×200G.¹⁵ Module 1.6T-DR8 của Coherent sử dụng đóng gói OSFP tích hợp DSP NVIDIA để đáp ứng yêu cầu mạng AI.¹⁶ Các sản phẩm đầu tiên này chứng minh sẵn sàng sản xuất trong khi khối lượng tăng dần.

Các nỗ lực tiêu chuẩn hóa ngành do Open Compute Project dẫn đầu hiện ưu tiên OSFP-XD là carrier 1.6T chính.¹⁷ 92% hợp đồng trung tâm dữ liệu hyperscale năm 2025 chỉ định form factor này vì sẵn sàng với 224G SerDes.¹⁸ Việc tiêu chuẩn hóa cung cấp sự rõ ràng trong mua sắm cho các tổ chức lên kế hoạch chương trình cơ sở hạ tầng nhiều năm.

Nhìn về phía trước, bộ thu phát 3.2 terabit dự kiến sẽ ra mắt vào năm 2026.¹⁹ Ngành công nghiệp đang chuyển đổi sang tốc độ dữ liệu cao hơn với các liên kết 200G mỗi kênh dự kiến trở nên phổ biến vào năm 2026 và 2027, mở đường cho bộ thu phát 800G và 1600G ở các tốc độ kênh đó.²⁰

Form factor và cân nhắc về điện năng

Form factor OSFP cung cấp thông lượng tổng hợp 800 gigabit mỗi giây sử dụng 8 lane 100G.²¹ Form factor lớn hơn so với QSFP-DD chứa được tản nhiệt tích hợp và hỗ trợ tiêu thụ điện năng lên đến khoảng 15 watt.²² Dải nhiệt này được chứng minh là thiết yếu khi yêu cầu điện năng của bộ thu phát tăng lên.

Quang học 800G đưa ra những thách thức cơ sở hạ tầng mới.²³ Các module tiêu thụ 14 đến 20 watt hoặc hơn, gây áp lực lên thiết kế làm mát switch và ngân sách điện năng rack.²⁴ Form factor lớn hơn của OSFP giúp quản lý yêu cầu nhiệt, nhưng việc lập kế hoạch cẩn thận vẫn cần thiết.²⁵

Di chuyển sang 800G thường yêu cầu số lượng sợi cao hơn, cáp MTP và các yêu cầu nghiêm ngặt hơn về phân cực và độ sạch.²⁶ Đầu tư cơ sở hạ tầng mở rộng ra ngoài chính các bộ thu phát đến hệ thống cáp thụ động.

Các nhà cung cấp chính bao gồm Innolight (nay là TeraHop), Coherent và Eoptolink cho các module hoàn chỉnh.²⁷ Coherent, Broadcom và Lumentum cung cấp các linh kiện quang quan trọng bao gồm laser và bộ dò quang.²⁸

Quang học cắm tuyến tính giảm điện năng

Công nghệ quang học cắm tuyến tính (LPO) loại bỏ chip bộ xử lý tín hiệu số (DSP) khỏi module thu phát.²⁹ Thay vào đó, module dựa vào DSP của nền tảng chủ, sử dụng mạch điều khiển tuyến tính với bộ khuếch đại xuyên trở và chip điều khiển duy trì khả năng tuyến tính và cân bằng tuyệt vời.³⁰

Tiết kiệm điện năng là đáng kể. Một bộ thu phát 400GbE điều khiển bởi DSP truyền thống tiêu thụ 7 đến 9 watt.³¹ Một bộ thu phát 400GbE LPO thường chỉ yêu cầu 2 đến 4 watt.³² DSP chiếm khoảng 50% điện năng module cắm rời, khiến nó trở thành mục tiêu chính để cải thiện hiệu quả.³³

Công nghệ LPO giảm độ trễ lên đến 90%.³⁴ Việc không có DSP loại bỏ một bước xử lý khỏi đường truyền dữ liệu.³⁵ Việc giảm độ trễ đã trở thành động lực chính cho việc áp dụng LPO trong kết nối switch-to-switch, switch-to-server và GPU-to-GPU cho machine learning và điện toán hiệu năng cao.³⁶

Lợi thế chi phí cộng dồn với lợi ích điện năng và độ trễ. Chip DSP đại diện cho linh kiện đắt nhất trong quang học truyền thống.³⁷ Loại bỏ nó cho phép tiết kiệm đáng kể ở quy mô lớn.

LPO xuất sắc trong môi trường có liên kết ngắn và thiết bị chủ được thiết kế cho điều khiển tuyến tính.³⁸ Kết nối top-of-rack đến leaf switch thường dưới 100 mét và thường dưới 5 mét đại diện cho các ứng dụng chính.³⁹ Các fabric AI và HPC nội cụm kết nối GPU trong các rack đơn hoặc rack liền kề được hưởng lợi từ các đặc điểm của LPO.⁴⁰

Thỏa thuận đa nguồn LPO bao gồm 50 công ty mạng, bán dẫn, kết nối và quang học hợp tác về thử nghiệm khả năng tương tác.⁴¹ Tuy nhiên, việc thiếu tiêu chuẩn hoàn chỉnh cho kết nối module quang làm chậm việc áp dụng mặc dù áp lực ngày càng tăng để giảm tiêu thụ điện năng trung tâm dữ liệu.⁴²

Quang học đồng đóng gói biến đổi kiến trúc

Quang học đồng đóng gói (CPO) tích hợp các engine quang trực tiếp với ASIC switch hoặc bộ xử lý trên một substrate chung.⁴³ Phương pháp này loại bỏ hoàn toàn các module thu phát cắm rời, cải thiện hiệu quả năng lượng gấp 3.5 lần và tăng độ tin cậy gấp 10 lần so với kiến trúc truyền thống.⁴⁴ So với bộ thu phát cắm rời, CPO giảm tiêu thụ điện năng 50% và tăng mật độ băng thông gấp ba lần.⁴⁵

NVIDIA công bố tích hợp CPO tại GTC 2025. Jensen Huang ra mắt các switch mạng tích hợp quang học đồng đóng gói kết hợp photonics và điện tử trong một gói duy nhất để đạt hiệu suất và hiệu quả cao hơn.⁴⁶ Switch Quantum-X, có sẵn vào nửa cuối năm 2025, và switch Spectrum-X, dự kiến vào nửa cuối năm 2026, cung cấp chip quang đồng đóng gói silicon photonics 1.6T và 3.2T.⁴⁷

Switch photonic Quantum-X cung cấp thông lượng tổng cộng 115.2 terabit mỗi giây sử dụng hai module CPO.⁴⁸ Mỗi module chứa một ASIC Quantum-X800 được xây dựng trên quy trình 4N của TSMC với 107 tỷ transistor và sáu linh kiện quang bao gồm 18 engine silicon photonic.⁴⁹ Các bộ điều chế micro-ring 200 gigabit mỗi giây đạt được mức giảm điện năng 3.5x.⁵⁰

Các ràng buộc năng lượng thúc đẩy việc áp dụng CPO. Theo Jensen Huang, năng lượng là hàng hóa quan trọng nhất cho cơ sở hạ tầng AI.⁵¹ Mỗi GPU yêu cầu sáu bộ thu phát cắm rời chuyển đổi điện-quang, mỗi bộ tiêu thụ 30 watt.⁵² Mở rộng đến một triệu GPU sẽ tiêu thụ khoảng 180 megawatt—một con số không bền vững cho các hệ thống quy mô lớn.⁵³

Delta công bố switch Ethernet CPO 51.2T dựa trên giải pháp Tomahawk 5-Bailly của Broadcom để đáp ứng nhu cầu mạng AI đang phát triển.⁵⁴ Ayar Labs và Alchip Technologies công bố quan hệ đối tác chiến lược để tăng tốc cơ sở hạ tầng mở rộng AI sử dụng công nghệ CPO với đóng gói tiên tiến của TSMC.⁵⁵

Các triển khai CPO quy mô lớn được dự báo từ năm 2028 đến 2030.⁵⁶ Các sản phẩm đầu tiên từ Broadcom đã xuất xưởng vào năm 2024 và 2025, nhưng việc áp dụng yêu cầu kiến trúc switch mới, cáp và tiêu chuẩn.⁵⁷ Dự báo ngành dự đoán xuất xưởng cổng CPO tăng từ khối lượng tối thiểu hiện nay lên hàng chục triệu vào năm 2029.⁵⁸

Thị trường silicon photonics tăng tốc

Thị trường silicon photonics tạo ra 3.11 tỷ USD vào năm 2025 và được dự báo tiến triển với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm 27.21%, đạt 10.36 tỷ USD vào năm 2030.⁵⁹ Tăng trưởng mạnh bắt nguồn từ nhu cầu ngày càng tăng về truyền dữ liệu tốc độ cao trong AI, điện toán đám mây và công nghệ lượng tử.⁶⁰

AI đóng vai trò là động lực lớn nhất cho phát triển bộ thu phát mạch tích hợp photonic.⁶¹ Các bộ tăng tốc AI hiệu suất cao hơn yêu cầu bộ thu phát hiệu suất cao hơn, với bộ thu phát 3.2 terabit mỗi giây dự kiến vào năm 2026.⁶² Công nghệ cho phép các kết nối băng thông cao, tiết kiệm năng lượng thiết yếu cho việc mở rộng các hệ thống AI.⁶³

Nhúng các engine quang bên cạnh ASIC switch giảm các chuyển đổi điện-quang và cắt giảm tiêu thụ điện năng cấp rack lên đến 40%.⁶⁴ Các thử nghiệm chuyển mạch mạch quang của Google xác nhận lợi ích về độ trễ.⁶⁵ Cả NVIDIA và Marvell hiện đang sample các module đồng đóng gói độc quyền giúp đơn giản hóa bố trí bo mạch cho các cụm AI.⁶⁶

Hệ sinh thái công nghiệp kết hợp các nhà lãnh đạo tích hợp theo chiều dọc bao gồm TeraHop (trước đây là InnoLight), Cisco, Broadcom và Marvell với các startup đổi mới bao gồm Ayar Labs, Lightmatter, Celestial AI và Nubis Communications.⁶⁷ Các nhà sản xuất Trung Quốc bao gồm TeraHop, Hisense và Accezlink xuất xưởng hàng triệu module cung cấp năng lượng cho các kết nối AI.⁶⁸

Sợi đa lõi tăng mật độ

Sợi đa lõi (MCF) chứa nhiều lõi dẫn ánh sáng độc lập trong một sợi đơn.⁶⁹ Không giống như sợi single-mode hoặc multimode truyền thống với một lõi, MCF hoạt động như đường cao tốc nhiều làn, với mỗi lõi mang một kênh dữ liệu riêng đồng thời.⁷⁰ Thiết kế tăng đáng kể dung lượng sợi và mật độ không gian mà không tăng kích thước vật lý của cáp.

MCF bốn lõi có thể tăng dung lượng băng thông trong cùng một diện tích gấp bốn lần.⁷¹ Sợi bảy lõi có thể thay thế bảy sợi đơn lõi, cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng không gian.⁷² Truyền nhiều dữ liệu hơn qua một sợi đơn vốn tiết kiệm năng lượng hơn so với cấp nguồn cho nhiều sợi riêng biệt và các thiết bị điện tử liên quan.⁷³

Tại OFC 2025, Eoptolink đã trình diễn bộ thu phát quang 800G đầu tiên trong ngành cho sợi đa lõi.⁷⁴ HYC trưng bày loạt đầy đủ các module phụ thụ động MCF.⁷⁵ LINK-PP cung cấp bộ thu phát 400G QSFP-DD được thiết kế cho tốc độ 400 gigabit mỗi giây sử dụng MCF bốn lõi.⁷⁶

MCF được coi là giải pháp hiệu quả để vượt qua giới hạn dung lượng Shannon của các hệ thống truyền thông quang hiện tại, cho phép tăng đáng kể theo cấp số nhân dung lượng băng thông.⁷⁷ Tuy nhiên, chưa có tiêu chuẩn để đo nhiễu xuyên kênh, với một số phương pháp được đề xuất chưa được thống nhất trong các tổ chức tiêu chuẩn.⁷⁸

MCF được dự đoán sẽ hoạt động vào năm 2025, và các thông báo gần đây xác nhận công nghệ hiện đã có sẵn thương mại.⁷⁹

Sợi lõi rỗng cắt giảm độ trễ

Sợi lõi rỗng (HCF) truyền ánh sáng qua không gian rỗng thay vì lõi thủy tinh đặc.⁸⁰ Vì ánh sáng truyền nhanh hơn qua

[Nội dung bị cắt ngắn để dịch]