Bên trong Bộ chuyển mạch Quang học Spectrum-X của Nvidia và TSMC

Nvidia đã thực hiện một bước đi mang tính quyết định để giải quyết nút thắt về điện năng và tính toàn vẹn tín hiệu, những yếu tố đe dọa kìm hãm sự phát triển của các trung tâm dữ liệu AI lớn nhất. Vào đầu tháng 6 năm 2026, công ty xác nhận đã bắt đầu xuất xưởng bộ chuyển mạch quang học đồng đóng gói Spectrum-X (CPO) thế hệ mới tới một số đối tác chọn lọc, được phát triển và sản xuất với sự hợp tác của TSMC . Các bộ chuyển mạch này được xây dựng trên nền tảng quang tử silicon Compact Universal Photonic Engine (COUPE) của TSMC .

Mối quan hệ hợp tác: Công nghệ MRM của Nvidia gặp gỡ nền tảng COUPE của TSMC

Trọng tâm của sự hợp tác này là một sự cộng tác kỹ thuật sâu rộng. Nvidia đã thiết kế một công cụ quang tử silicon Micro Ring Modulator (MRM), một bước đột phá tái định nghĩa mật độ kết nối quang học khả thi. Vấn đề luôn nằm ở khâu sản xuất hàng loạt MRM trong khi vẫn duy trì được độ chính xác trong chế tạo, giảm thiểu độ nhạy nhiệt và đảm bảo khả năng điều chế tốc độ cao một cách nhất quán. Làm việc cùng kỹ thuật quy trình tiên tiến của TSMC, Nvidia đã giải quyết được những thách thức sản xuất hàng loạt này .

TSMC cung cấp nền tảng đóng gói cơ bản, được gọi là COUPE (Compact Universal Photonic Engine). Nền tảng này tích hợp một mạch tích hợp điện tử (EIC) 65 nanomet với một mạch tích hợp quang tử (PIC) bằng cách sử dụng các công nghệ đóng gói tiên tiến nhất của TSMC: Kết hợp lai SoIC-X để xếp chồng 3D và CoWoS . Kết quả là một công cụ quang tử silicon xếp chồng 3D—sản phẩm đầu tiên trên thế giới—nằm ngay bên cạnh ASIC chuyển mạch Spectrum-X trong một gói duy nhất .

TSMC đã bắt đầu sản xuất hàng loạt nền tảng COUPE vào tháng 4 năm 2026, đánh dấu lần đầu tiên một xưởng đúc hàng đầu thế giới sản xuất quang tử silicon ở quy mô lớn cho các ứng dụng trung tâm dữ liệu AI .

Quang học đồng đóng gói hoạt động như thế nào—và tại sao nó quan trọng

Các bộ chuyển mạch mạng truyền thống sử dụng các bộ thu phát quang cắm được vào bảng mặt trước. Dữ liệu phải truyền đi như tín hiệu điện từ ASIC chuyển mạch, băng qua bảng mạch in, đến một bộ thu phát riêng biệt, nơi quá trình chuyển đổi sang tín hiệu quang cuối cùng diễn ra. Khoảng cách này gây ra tổn thất tín hiệu đáng kể—thường vào khoảng 22 dB—và yêu cầu mạch cân bằng tiêu thụ nhiều điện năng, tạo ra một lượng nhiệt đáng kể .

Quang học đồng đóng gói loại bỏ vấn đề này. Bằng cách đặt công cụ quang học trong cùng một gói với ASIC chuyển mạch, đường dẫn điện được rút ngắn về cấp đế. Ánh sáng đi vào gói trực tiếp thông qua sợi quang và được chuyển đổi với hành trình điện tối thiểu. Lợi ích mang lại là rất rõ ràng:

• Tổn thất tín hiệu giảm từ ~22 dB xuống còn ~4 dB .
• Điện năng tiêu thụ giảm xuống chỉ còn 9 watt cho mỗi cổng 1,6 Tb/giây, so với khoảng 30 watt của quang học cắm được truyền thống .

Đây không phải là một cải tiến nhỏ. Cách tiếp cận của Nvidia và TSMC mang lại khả năng giảm điện năng từ 3,5 đến 5 lần cho mỗi cổng so với các phương pháp kết nối thông thường . Ở quy mô khổng lồ của một nhà máy AI hiện đại với hàng trăm nghìn GPU, những khoản tiết kiệm này đồng nghĩa với việc thu hồi lại hàng megawatt điện và một cấu trúc mạng hoạt động mát hơn, linh hoạt hơn nhiều.

Spectrum-X Photonics: Hiệu suất và Quy mô

Dòng sản phẩm Spectrum-X Photonics mới đẩy giới hạn hiệu suất lên cao. Biến thể SN6800 cung cấp lên đến 409,6 Tb/giây băng thông tổng hợp trong một bộ chuyển mạch duy nhất, đạt được thông qua 512 cổng 800 Gb/giây (hoặc các cấu hình dày đặc hơn lên đến 2.048 cổng ở tốc độ 200 Gb/giây) . Một phiên bản nhỏ gọn hơn, SN6810, cung cấp 102,4 Tb/giây qua 128 cổng 800 Gb/giây .

Các bộ chuyển mạch này được làm mát bằng chất lỏng và được thiết kế cho các cơ sở hạ tầng AI dựa trên Ethernet mà các nhà cung cấp dịch vụ đám mây siêu lớn và các doanh nghiệp lớn đang tập hợp để huấn luyện và vận hành các mô hình AI tạo sinh.

Lịch trình xuất xưởng và sự sẵn có

Công nghệ này đã chuyển từ giai đoạn công bố sang xuất xưởng. Nvidia chính thức bắt đầu giao hàng bộ chuyển mạch Spectrum-X CPO cho các đối tác chọn lọc vào đầu tháng 6 năm 2026, như đã được xác nhận bởi Phó chủ tịch cấp cao mảng Mạng lưới, Gilad Shainer, tại GTC Đài Loan . Dự kiến, các bộ chuyển mạch Ethernet Spectrum-X Photonics sẽ được phổ biến rộng rãi từ các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng và hệ thống hàng đầu trong nửa cuối năm 2026, đánh dấu sự ra mắt thương mại quy mô lớn của công nghệ quang tử silicon này .

Sự hợp tác giữa thiết kế của Nvidia và năng lực sản xuất của TSMC đã đưa quang tử silicon từ phòng nghiên cứu ra thành sản phẩm thương mại, cung cấp một con đường thiết thực để mở rộng quy mô AI mà không va phải 'bức tường năng lượng'.