Sự mở rộng chip quang toàn cầu do nhu cầu trung tâm dữ liệu AI thúc đẩy

Không thể không nói rằng nhu cầu về chip quang đang quá cao.

Trong những ngày gần đây, chuỗi công nghiệp chip quang toàn cầu liên tục ghi nhận một loạt động thái mở rộng sản xuất, ký kết hợp đồng dài hạn, đầu tư và ràng buộc chuỗi cung ứng: Coherent mở rộng dây chuyền sản xuất bán dẫn hợp chất InP 6 inch tại Sherman, Texas; Nokia mở rộng năng lực kiểm tra và đóng gói tiên tiến cho chip quang tại Allentown, Pennsylvania, Hoa Kỳ; JX Advanced Metals của Nhật Bản dự kiến đầu tư lên đến 120 tỷ yen để tăng công suất nền InP lên 7–10 lần; IQE và Tower Semiconductor ký kết thỏa thuận cung cấp wafer epitaxy InP trong nhiều năm; đồng thời, Solus Optoelectronics, thuộc Đông Sơn Tinh Mật của Trung Quốc, cũng công bố kế hoạch triển khai dự án mở rộng sản xuất chip quang và module quang tốc độ cao tại Thường Châu, với tổng vốn đầu tư đạt 1,2 tỷ USD.

Một cuộc đua công suất xung quanh khả năng quang liên kết của trung tâm dữ liệu AI đã bắt đầu.

Trước tiên, hãy xem xét các động thái mở rộng sản xuất của Mỹ.

Ngày 16 tháng 6, Coherent thông báo đã ký biên bản ghi nhớ để nhận khoản tài trợ trực tiếp lên tới 50 triệu USD từ Bộ Thương mại Hoa Kỳ theo Đạo luật Chip và Khoa học, nhằm mở rộng nhà máy sản xuất bán dẫn Indium Phosphide (InP) 6 inch hàng đầu thế giới tại Sherman, Texas. Ngay sau thông báo, Coherent đã tổ chức lễ động thổ mở rộng tại nhà máy Sherman, Texas. Coherent nhấn mạnh rằng cơ sở này sở hữu nền tảng sản xuất 6 inch InP đầu tiên và lớn nhất toàn cầu. Sau khi hoàn thành việc mở rộng, diện tích sản xuất của nhà máy sẽ tăng gấp đôi, và năng lực sản xuất wafer sẽ tăng lên bốn lần.

Cần lưu ý rằng, người sáng lập và CEO của NVIDIA, Huang Renxun, đã trực tiếp tham dự lễ kỷ niệm này cùng với CEO mới của Coherent, Jim Anderson. Trước đó, NVIDIA đã công bố đầu tư chiến lược 2 tỷ USD vào Coherent để đảm bảo năng lực sản xuất trong tương lai cho các laser tiên tiến nhất, động cơ quang học và mô-đun quang học của họ. Huang Renxun đã phát biểu tại hiện trường: “AI chạy trên sức mạnh tính toán, nhưng việc mở rộng quy mô bị kẹt ở kết nối, và nhà máy Sherman chính là nơi xây dựng những ‘mô thần kinh kết nối’ này.”

Nguồn hình ảnh: techpowerup

Nvidia đã sử dụng vốn để đưa "quang" vào chuỗi cung ứng hạ tầng AI. Ngay từ tháng 3 năm nay, Nvidia đã công bố đầu tư 2 tỷ USD vào Coherent và Lumentum, kèm theo cam kết mua sắm trong nhiều năm, quyền truy cập và năng lực sản xuất trong tương lai, nhằm mở rộng công nghệ laser tiên tiến, sản phẩm mạng quang, R&D và năng lực sản xuất tại Mỹ.

Lumentum cũng là một phần không thể bỏ qua trong bức tranh mở rộng sản xuất chip quang của Mỹ. Vào tháng 3, Lumentum tuyên bố sẽ xây dựng một nhà máy sản xuất laser tiên tiến mới tại Greensboro, Bắc Carolina, Hoa Kỳ. Nhà máy này có diện tích khoảng 240.000 foot vuông, tập trung vào sản xuất các thiết bị quang indium phosphide (InP) dành cho các trung tâm dữ liệu AI quy mô lớn trên toàn cầu. Vào tháng 5, AIXTRON thông báo đã nhận được đơn đặt hàng nhiều hệ thống G10-AsP MOCVD từ Lumentum. Trong năm qua, giá cổ phiếu của Lumentum đã tăng 769%.

Cũng vào ngày 16 tháng 6, Nokia thông báo sẽ mở rộng năng lực kiểm tra và đóng gói chip quang tử tiên tiến tại Allentown, Pennsylvania, Hoa Kỳ, tức là đóng gói thêm chip quang tử vào các module quang dùng cho cơ sở hạ tầng AI và viễn thông. Nokia cho biết, cơ sở này là một trong số ít cơ sở tại Mỹ có khả năng này; sau khi mở rộng, công suất có thể tăng lên tối đa 10 lần so với hiện tại, dự kiến đạt khả năng sản xuất thương mại vào cuối quý ba năm 2026.

Nokia bổ sung năng lực đóng gói, kiểm thử chip quang học và mô-đun, Coherent bổ sung năng lực sản xuất tiền kỳ cho các thiết bị quang học InP, trong khi đầu tư trước đó của Nvidia vào Coherent và Lumentum tương đương với việc đảm bảo trước nguồn vốn, đơn hàng và năng lực sản xuất cho các nhà cung cấp lõi của laser và mạng quang học. Hoa Kỳ đang tích hợp kết nối quang trong trung tâm dữ liệu AI vào hệ thống sản xuất bán dẫn trong nước.

Nhật Bản bù đắp vào lĩnh vực vật liệu đầu vào, đây cũng là lĩnh vực mà Nhật Bản đã từng nổi bật trong thời gian dài với ngành bán dẫn.

Ngày 16 tháng 6, một trong hai công ty dẫn đầu toàn cầu về đế InP, JX Advanced Metals của Nhật Bản, thông báo kế hoạch đầu tư tối đa 120 tỷ yên trong bốn năm tới để mở rộng năng lực sản xuất đế InP. Cộng với các khoản đầu tư liên quan đã công bố trước đó, tổng quy mô đầu tư vào xây dựng năng lực sản xuất InP của công ty sẽ đạt khoảng 150 tỷ yên. Những khoản đầu tư này sẽ giúp nâng công suất của công ty lên 7 đến 10 lần so với hiện tại.

JX Advanced Metals đã sản xuất nền indium phosphide từ những năm 1980. Trong năm tài chính 2025, công ty đã đầu tư 25 tỷ yen để tăng công suất của vật liệu này. Theo báo cáo của công ty nghiên cứu India Strait, quy mô thị trường wafer indium phosphide toàn cầu dự kiến đạt 507,21 triệu USD vào năm 2034, gần gấp ba lần mức năm 2025. Hiện tại, JX Advanced Metals và đối thủ cạnh tranh Sumitomo Electric mỗi bên chiếm khoảng 40% thị phần.

Ở châu Âu, cũng có một vài động thái quan trọng.

Khi thảo luận về quang thông tin, thị trường thường đặt “silicon photonics” và “InP” đối lập nhau: như thể sau khi silicon photonics trở nên phổ biến, InP sẽ bị thay thế. Kết hợp với vụ kiện sở hữu trí tuệ (IP) giữa IQE và Tower Semiconductor trước đó, càng khiến người ta dễ nghĩ như vậy. Nhưng con đường công nghiệp thực tế phức tạp hơn nhiều, điều này có thể thấy qua hành động của IQE và Tower.

Ngày 15 tháng 6, IQE đã ký thỏa thuận cung cấp epitaxial wafer InP dài hạn với Tower Semiconductor, hỗ trợ việc mở rộng sản lượng quy mô lớn của nền tảng quang silicon của Tower trong các hướng như bộ thu phát có thể tháo rời 200Gb/kênh, bộ điều chế thế hệ tiếp theo 400Gb/kênh và chuyển mạch quang. Thỏa thuận quy định rằng Tower phải cam kết mua tối thiểu trong năm đầu tiên, và IQE phải cam kết cung cấp tương ứng, sau đó tiếp tục duy trì các cam kết về khối lượng mua tối thiểu. Điều này cũng phản ánh một xu hướng: nền tảng quang silicon thế hệ tiếp theo không hoàn toàn loại bỏ vật liệu III-V, mà cần tích hợp các linh kiện InP hiệu suất cao vào nền tảng quang silicon trưởng thành. Quang silicon đảm nhiệm việc tích hợp quy mô lớn, tương thích quy trình CMOS và sản xuất nền tảng, trong khi InP tiếp tục đảm nhận các chức năng then chốt như nguồn sáng hiệu suất cao, điều chế và chuyển đổi quang-điện.

Theo một thỏa thuận khác, Tower sẽ cấp cho IQE giấy phép toàn cầu không trả bản quyền rộng rãi đối với các bằng sáng chế về silic xốp. Trước đó, hai công ty đã có tranh chấp về quyền sở hữu trí tuệ, và Tower sẽ giải quyết vấn đề này bằng cách đạt được thỏa thuận hòa giải, chấm dứt tất cả các vụ kiện.

Trong báo cáo tài chính quý I năm 2026 được công bố vào ngày 13 tháng 5 năm nay, Tower cho biết đang thực hiện một kế hoạch mở rộng năng lực sản xuất silicon photonics trên nhiều nhà máy toàn cầu một cách đầy tham vọng, với mục tiêu tăng công suất sản xuất hàng tháng của các wafer silicon photonics lên hơn 5 lần so với mức cuối năm 2025 vào cuối năm 2026. Ngoài ra, Tower thông báo đã ký kết các hợp đồng cung cấp dài hạn về silicon photonics trị giá lên tới 1,3 tỷ USD với vài khách hàng lớn cốt lõi, đồng thời nhận được khoản tiền đặt cọc 290 triệu USD từ khách hàng ngay trong quý I năm 2026. Khi các thiết bị tại nhiều nhà máy lần lượt được đưa vào hoạt động, tổng tài sản toàn cầu mà Tower đầu tư vào các quy trình, thiết bị và đóng gói liên quan đến silicon photonics sẽ tích lũy dần đạt khoảng 920 triệu USD.

Tháng 3 năm 2026, ST công bố tin tức đang xem xét mở rộng sản xuất theo mô-đun tại Crolles, Pháp, với mục tiêu nhân bốn lần công suất quang học silicon 300mm vào năm 2027 và có kế hoạch mở rộng thêm vào năm 2028. Ngoài ra, dự án này cũng nhận được sự hỗ trợ từ chương trình chuỗi cung ứng chủ quyền châu Âu. Nền tảng công nghệ quang học silicon PIC100 của ST trên dây chuyền wafer 300mm đã bước vào giai đoạn sản xuất hàng loạt toàn diện, phục vụ các nhà cung cấp đám mây hàng đầu toàn cầu, chủ yếu dùng cho chip lõi của các bộ thu-phát quang 800G và 1.6T.

Ngày 2 tháng 6, công ty bán dẫn Thụy Điển Sivers Semiconductors (chuyên cung cấp mảng laser đa bước sóng công suất cao) đã đạt được hợp tác chiến lược sâu rộng với GlobalFoundries (格芯), nhà sản xuất gia công thuần túy hàng đầu Hoa Kỳ, nhằm phát triển các giải pháp kết nối quang thế hệ tiếp theo cho cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu AI. Cụ thể, mảng laser tiên tiến của Sivers sẽ được tích hợp trực tiếp vào nền tảng quang silicon của GlobalFoundries.

Trong nước, trên lĩnh vực chip quang đang ở trạng thái tăng tốc mạnh mẽ.

Theo thống kê ngành của Securities Times - Data Treasure, tính đến quý I năm 2026, tổng quy mô công trình đang xây dựng của 7 doanh nghiệp niêm yết cốt lõi trong lĩnh vực module quang của Trung Quốc đã tăng lên 3,898 tỷ nhân dân tệ, tăng hơn 6 lần so với cùng kỳ bốn năm trước (năm 2022). Trung Tương Chứng khoán trong báo cáo nghiên cứu chỉ ra rằng, tại thị trường indium phosphide toàn cầu, các tập đoàn nước ngoài chiếm 95%, tổng thể ngành indium phosphide thiếu hụt cung - cầu gần 70%, và dự kiến sự hưng phấn cao sẽ tiếp tục đến năm 2028.

Vào buổi tối ngày 16 tháng 6, Đông Sơn Tinh Mật công bố đồng ý để công ty con 100% của mình là Solux Opto và các công ty con của nó triển khai dự án mở rộng sản xuất chip quang và module quang tốc độ cao tại Thường Châu, với tổng vốn đầu tư 1,2 tỷ USD, nguồn vốn dự án do công ty tự huy động. Solux là doanh nghiệp tích hợp dọc có khả năng thiết kế, sản xuất, đóng gói chip quang, lắp ráp và kiểm thử module quang. Sau khi Đông Sơn Tinh Mật mua lại Solux, công ty đã bước vào chuỗi giá trị cốt lõi của truyền thông quang AI, từ chuỗi ngành sản xuất điện tử truyền thống và thiết bị điện tử tiêu dùng.

Từ góc độ đóng góp tài chính, sau khi sáp nhập Solux, đóng góp lợi nhuận của Solux đối với Đông Sơn Tinh Mật đã rõ ràng vượt xa tỷ lệ doanh thu. Trong năm 2025 và quý một năm 2026, tỷ lệ doanh thu sau khi sáp nhập Solux lần lượt là 3,58% và 16,02%, trong khi tỷ lệ lợi nhuận đạt lần lượt 22,69% và 52,92%. Điều này cho thấy ngành quang thông tin không chỉ tăng trưởng nhanh mà còn có độ co giãn lợi nhuận cao. Đây cũng là lý do Đông Sơn Tinh Mật sẵn sàng đầu tư thêm 1,2 tỷ USD để tiếp tục đặt cược.

Trong phản hồi trên nền tảng tương tác vào ngày 3 tháng 6, Sanan Optoelectronics cho biết công nghệ phát triển epitaxy InP, sản xuất chip và quy trình đóng gói, kiểm tra của công ty dẫn đầu trong nước, đã có khả năng sản xuất hàng loạt chip quang InP 6 inch, với năng lực sản xuất công nghệ quang là 2.750 wafer/tháng, và giai đoạn epitaxy cốt lõi đã được mở rộng lên gần 6.000 wafer/tháng. Về sản phẩm, trong báo cáo thường niên năm 2025, Sanan Optoelectronics nêu rõ công ty có thể cung cấp các chip laser và detector như nguồn sáng CW, VCSEL, EML, PD dùng cho module quang, trong đó chip quang dùng cho module 400G và 800G đã được xuất xưởng hàng loạt, và chip quang dùng cho module 1.6T đã được gửi mẫu cho khách hàng để xác minh.

Ở khía cạnh nguyên vật liệu, vào tháng 4 năm nay, Yunnan Germanium đã chính thức khởi động dự án “Xây dựng dây chuyền sản xuất wafer tinh thể indium phosphide chất lượng cao”. Dự án dự kiến mở rộng một dây chuyền sản xuất với công suất 300.000 tấm/năm (tính theo tiêu chuẩn 4 inch, bao gồm 6.000 tấm 6 inch). Trên cơ sở công suất hiện tại là 150.000 tấm/năm, tổng công suất cuối cùng sẽ đạt 450.000 tấm/năm, thời gian xây dựng là 18 tháng. Hiện tại, dự án đang được triển khai theo kế hoạch, bao gồm việc xác minh ngành và đưa thiết bị vào, công suất sẽ được giải phóng dần theo tiến độ xây dựng.

Ngành công nghiệp chip quang trong nước đang hoàn thiện toàn bộ chuỗi giá trị từ “lắp ráp mô-đun” sang “vật liệu – ngoại vi – chip – đóng gói và kiểm tra – mô-đun”.

Theo như đã biết, trong lĩnh vực chip quang, CPO được coi là “báu vật” của ngành. Tuy nhiên, hiện tại, tốc độ triển khai CPO liên tục bị hoãn lại. Do đó, ngành công nghiệp đang có mối lo ngại lớn đối với phân khúc truyền thông quang: Nếu CPO (quang học đóng gói chung) trong tương lai tiếp tục không được triển khai hoặc suy yếu, liệu các công ty mô-đun quang có còn tiềm năng tăng trưởng không?

Báo cáo quang học mới nhất của Morgan Stanley (Morgan Stanley) đã đưa ra phản bác rất rõ ràng. Morgan Stanley chỉ ra rằng các nhà đầu tư quá tập trung vào thời điểm “khi nào sử dụng CPO” mà bỏ qua yếu tố cơ bản không thay đổi — nhu cầu tăng trưởng băng thông.

Dù thị trường cuối cùng mở rộng thông qua quang học có thể tháo rời, NPO, CPO, OBO hay kiến trúc hỗn hợp, nhu cầu về băng thông cao hơn sẽ tiếp tục thúc đẩy sự gia tăng của các động cơ quang học, laser và các thành phần liên quan trên mỗi GPU/ giá máy. Quan điểm của Morgan Stanley là việc kiến trúc tiến hóa như thế nào chỉ là vấn đề lộ trình, nhưng lượng nội dung quang học tổng thể tăng mạnh là điều chắc chắn.

CPO, NPO và có thể tháo rời là gì?

Có thể thay thế truyền thống (Pluggable): Mô-đun quang được cắm vào mặt trước của switch giống như USB, kết nối với chip switch bên trong (ASIC) thông qua dây đồng.

NPO (Near-Package Optics): Di chuyển động cơ quang vào bên trong công tắc, ngay cạnh chip chuyển mạch, rút ngắn khoảng cách dây đồng.

CPO (Common Packaging Optics): Đặt chip quang và chip chuyển mạch (hoặc GPU) trực tiếp trên cùng một nền, loại bỏ hoàn toàn dây đồng dài, giảm thiểu tối đa công suất và độ trễ.

Hiện tại, CPO thực sự gặp phải những điểm đau nghiêm trọng như đóng gói cực kỳ phức tạp, tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu thấp, và một khi một bộ phận bị hỏng, toàn bộ bo mạch chủ có thể bị loại bỏ (không thể sửa chữa / khả năng bảo trì kém). Do đó, việc CPO được áp dụng rộng rãi rất có thể sẽ chậm lại. Tuy nhiên, ngay cả khi thị trường trong ngắn hạn không sử dụng CPO, mà tiếp tục dùng các mô-đun quang có thể tháo rời truyền thống, hoặc áp dụng “hướng đi lai giữa đồng/CPO”, số lượng động cơ quang và bộ phát laze trên mỗi máy chủ AI và mỗi GPU vẫn đang tăng mạnh.

Tranh cãi về CPO không chỉ là vấn đề vị trí đóng gói, mà còn là cuộc tranh luận về tuyến đường nguồn sáng. Bản chất của CPO là đặt động cơ quang càng gần chip chuyển mạch hoặc chip tính toán càng tốt, nhằm rút ngắn khoảng cách truyền tín hiệu điện tốc độ cao, giảm tiêu thụ năng lượng và gút nghẽn băng thông. Tuy nhiên, hiện nay ngành công nghiệp chưa có câu trả lời duy nhất về nguồn sáng.

Hiện nay, ba hướng chính được quan tâm nhiều nhất là: SiPh + CW Laser (quang silicon + laser bước sóng liên tục), VCSEL (laser phát xạ mặt đứng) và MicroLED (điốt phát quang siêu nhỏ). Sự khác biệt về mức độ trưởng thành, chi phí, khoảng cách và công suất tiêu thụ giữa các hướng này cho thấy CPO rất có thể sẽ không được triển khai dưới một hình thức duy nhất, mà sẽ đồng thời tồn tại nhiều giải pháp khác nhau trong các cấp độ khoảng cách khác nhau của trung tâm dữ liệu AI.

Giải pháp SiPh + CW Laser, tức là “chip quang silicon + bộ phát laser bước sóng liên tục”, có mức độ chín muồi công nghệ cao nhất, khoảng cách truyền dẫn hiệu quả có thể vượt quá 1 km, phù hợp hơn với các kết nối yêu cầu cao về băng thông, khoảng cách và độ tin cậy trong trung tâm dữ liệu, nhưng vẫn còn tồn tại áp lực về công suất hệ thống, đóng gói ghép nối và chi phí.

Ưu điểm của VCSEL nằm ở hiệu suất năng lượng cao, chi phí thấp, khả năng tạo mảng mạnh và mức độ chín muồi công nghệ cao, nhưng khoảng cách hiệu quả thường bị giới hạn trong phạm vi dưới 100 mét, phù hợp hơn với các kết nối khoảng cách ngắn trong tủ hoặc giữa các tủ. Do đó, vị trí của VCSEL không phải là thay thế SiPh + CW Laser, mà có thể đóng vai trò là giải pháp bổ sung trong các bối cảnh kết nối quang khoảng cách ngắn, chi phí thấp và mật độ cao.

MicroLED trông giống như một giải pháp tiềm năng hướng tới tương lai, với khả năng tiềm tàng về độ trễ thấp, chi phí thấp và hiệu quả năng lượng cao, nhưng khoảng cách hiệu quả ngắn hơn và mức độ chín muồi công nghệ thấp nhất. Đây là con ngựa ô được chú ý nhất trong lĩnh vực liên kết quang học trong những năm gần đây. Các công ty khởi nghiệp chip quang silicon như Ayar Labs đang tích cực khám phá việc đưa MicroLED – vốn ban đầu được sử dụng trong lĩnh vực hiển thị – vào các kết nối quang mật độ cao ở cấp độ Chiplet. Nó chủ yếu sử dụng mảng LED kích thước cực nhỏ (cấp micromet) làm nguồn sáng, tích hợp trực tiếp vào cạnh hoặc bo mạch nền của chip tính toán (như GPU, HBM), và truyền dữ liệu bằng cách điều khiển tín hiệu điện để làm MicroLED nhấp nháy phát sáng.

Như vậy, trong tương lai, CPO rất có khả năng không phải là một công nghệ nguồn sáng duy nhất chiến thắng, mà sẽ hình thành một cấu trúc đa lớp với nhiều giải pháp đồng tồn tại như SiPh, VCSEL, MicroLED, dựa trên các khoảng cách khác nhau, mật độ băng thông khác nhau và các ràng buộc chi phí khác nhau trong trung tâm dữ liệu AI. Điều này càng cho thấy, việc mở rộng sản xuất chip quang không đơn thuần là đặt cược vào một công nghệ CPO cụ thể, mà là đặt cược vào việc toàn bộ hệ thống giá trị của nguồn sáng, động cơ quang, đóng gói và kiểm tra, cũng như vật liệu sẽ tăng lên khi các cụm AI chuyển từ kết nối điện sang kết nối quang.

Trong làn sóng mở rộng sản xuất chip quang toàn cầu được thúc đẩy bởi năng lực tính toán AI, không một khu vực nào chịu thua kém: Mỹ đang tái cấu trúc chuỗi sản xuất nội địa thông qua chính sách và vốn của các tập đoàn lớn, Nhật Bản đang kiên quyết bảo vệ hàng rào vật liệu thượng nguồn, châu Âu đang tích cực thúc đẩy việc ứng dụng thực tế công nghệ tích hợp dị thể giữa quang silicon và bán dẫn hợp chất, trong khi Trung Quốc thể hiện khả năng chống chịu ngành mạnh mẽ thông qua tốc độ triển khai dây chuyền ấn tượng, quy mô công trình đang xây dựng, cùng khả năng mở rộng dần lên vật liệu thượng nguồn và tích hợp dọc chip.

Trên bề mặt, đây là cuộc cạnh tranh năng lực sản xuất giữa các nhà sản xuất tại Mỹ, Nhật, Châu Âu và Trung Quốc; về bản chất, đây là một cú đặt cược tập thể của chuỗi ngành bán dẫn toàn cầu vào “nhiều ánh sáng hơn” sau khi trung tâm dữ liệu AI chuyển từ mở rộng tính toán sang mở rộng băng thông.

Cuộc chạy đua vũ trang của thời đại photon đã bước vào giai đoạn căng thẳng nhất.

Bài viết này đến từ tài khoản WeChat “Quan sát ngành bán dẫn” (ID: icbank), tác giả: Du Qin DQ