GlobalFoundries mua lại AMF, củng cố vị thế dẫn đầu về quang tử silicon cho các trung tâm dữ liệu AI

Dữ liệu AI chuyển sang ánh sáng khi GlobalFoundries sáp nhập AMF Singapore

GlobalFoundries đã mua lại Advanced Micro Foundry (AMF), công ty chuyên về quang tử silicon có trụ sở tại Singapore, trong một động thái đưa công nghệ quang học vào vị trí trung tâm của hạ tầng trí tuệ nhân tạo. Thương vụ không được tiết lộ điều khoản này kết hợp hơn 15 năm kinh nghiệm sản xuất quang tử và sở hữu trí tuệ của AMF với mạng lưới toàn cầu của GlobalFoundries. Lãnh đạo hai công ty cho biết hoạt động hợp nhất sẽ trở thành xưởng đúc chuyên về quang tử silicon lớn nhất xét theo doanh thu, với định hướng phục vụ các trung tâm dữ liệu AI, truyền thông tốc độ cao, cảm biến và các hệ thống lượng tử mới nổi. Thương vụ đi kèm một quan hệ hợp tác nghiên cứu mới tại Singapore với Cơ quan Khoa học, Công nghệ và Nghiên cứu (A*STAR), cùng kế hoạch xây dựng trung tâm xuất sắc về quang tử silicon, tập trung vào vật liệu thế hệ mới và các kết nối tốc độ 400 gigabit/giây.

Quang tử silicon tích hợp các cấu phần sử dụng ánh sáng như ống dẫn sóng và bộ điều biến bên cạnh các linh kiện điện tử tiêu chuẩn trên silicon. Công nghệ này thay thế đường dẫn đồng trong nhiều kết nối dữ liệu cự ly ngắn và dài bằng cáp quang cùng quang học tích hợp. Sự chuyển đổi đó giúp giảm mức tiêu thụ điện và nhiệt lượng, đồng thời cung cấp băng thông cao hơn nhiều giữa các máy chủ, giá đỡ bộ tăng tốc và hệ thống lưu trữ. Khi các cụm máy tính huấn luyện AI truyền tải hàng petabyte dữ liệu mỗi giờ bên trong trung tâm dữ liệu, còn kết nối đồng đang tiến gần đến giới hạn vật lý, đường truyền quang đã trở thành ưu tiên của ngành.

Vì sao quang tử silicon quan trọng với AI và mạng tiên tiến

AI hiện đại dựa vào mạng lưới rộng lớn gồm GPU, bộ tăng tốc tùy chỉnh và hệ thống lưu trữ tốc độ cao. Việc truyền dữ liệu giữa các cấu phần này thường chiếm phần lớn ngân sách điện năng và ảnh hưởng đáng kể đến hiệu năng. Cáp đồng và các liên kết SerDes điện bị suy giảm tín hiệu ở tần số cao và khi truyền xa, buộc phải dùng bộ lặp và mức điện áp dao động cao hơn. Điều đó làm tăng tiêu thụ năng lượng và độ trễ. Liên kết quang truyền dữ liệu dưới dạng ánh sáng, có thể đi xa với mức suy hao và nhiễu xuyên âm rất thấp, đồng thời tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều trên mỗi bit.

Quang tử silicon tích hợp các chức năng quang học trên tấm wafer silicon cùng với điện tử điều khiển. Các xưởng đúc chế tạo ống dẫn sóng để định tuyến ánh sáng, bộ điều biến để mã hóa dữ liệu và bộ tách sóng quang để chuyển ánh sáng trở lại thành tín hiệu điện. Cách tiếp cận tích hợp thay thế các mô-đun thu phát rời bằng động cơ quang nhỏ hơn, mát hơn và thường có chi phí thấp hơn. Kết quả là thông lượng trên mỗi giá đỡ cao hơn, nhu cầu làm mát thấp hơn và độ tin cậy được cải thiện cho các trung tâm dữ liệu siêu quy mô cũng như mạng viễn thông.

Công nghệ này cũng linh hoạt. Nó hỗ trợ các bộ thu phát cắm rời để nâng cấp thiết bị chuyển mạch hiện có, đồng thời hỗ trợ quang học đóng gói đồng vị trí, trong đó động cơ quang được đặt sát chip silicon của thiết bị chuyển mạch hoặc bộ tăng tốc trong cùng một gói. Quang học đóng gói đồng vị trí rút ngắn đường truyền điện xuống chỉ còn vài milimét bên trong gói, sau đó dùng cáp quang cho các kết nối dài hơn. Thiết kế này cải thiện mức tiêu thụ năng lượng và độ toàn vẹn tín hiệu khi tốc độ liên kết tăng từ 400G lên 800G và cao hơn.

Thương vụ AMF mang lại gì cho GlobalFoundries

Advanced Micro Foundry được biết đến là xưởng đúc chuyên biệt đầu tiên về quang tử silicon. Công ty được tách ra từ Viện Vi điện tử Singapore thuộc A*STAR vào năm 2017, cung cấp dịch vụ sản xuất, tạo mẫu thử và kiểm định cho khách hàng trong các lĩnh vực viễn thông, trung tâm dữ liệu, LiDAR và cảm biến. AMF có khoảng 250 nhân viên, phục vụ khách hàng toàn cầu bằng nền tảng wafer 200 milimét và có lộ trình chuyển sang sản xuất wafer 300 milimét khi sản lượng tăng.

Thông qua việc mua lại AMF, GlobalFoundries có thêm các bộ công cụ thiết kế quy trình (PDK) đã hoàn thiện, thư viện thiết bị và đội ngũ giàu kinh nghiệm tích hợp, kiểm thử thiết bị quang tử. Công ty có thể đáp ứng nhu cầu về truyền thông quang đường dài, kết nối bên trong trung tâm dữ liệu và các thị trường chuyên biệt như cảm biến ô tô và quang tử lượng tử. Quy mô hợp nhất cũng cho phép khách hàng tìm nguồn cung từ nhiều khu vực và thẩm định nhà cung cấp thứ hai, qua đó giảm rủi ro nguồn cung cho các dự án hạ tầng trọng yếu.

GlobalFoundries cho biết năng lực quang tử silicon hiện có tại Mỹ sẽ được bổ sung bằng hoạt động sản xuất ở Singapore để phục vụ khách hàng toàn cầu. Mục tiêu là rút ngắn thời gian đưa ra thị trường các bộ thu phát quang, quang học đóng gói đồng vị trí và giải pháp quang tử tích hợp, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về băng thông và hiệu suất của các nhà vận hành AI và điện toán đám mây.

Trung tâm R&D mới tại Singapore và quan hệ hợp tác dài hạn với A*STAR

GlobalFoundries dự kiến thành lập một trung tâm xuất sắc về quang tử silicon tại Singapore, phối hợp với A*STAR nghiên cứu vật liệu và thiết bị, hướng đến các liên kết tốc độ 400 gigabit/giây trở lên. Mốc tốc độ này phù hợp với chu kỳ hiện nay của trung tâm dữ liệu, nơi 400G và 800G là những cấu phần tiêu chuẩn cho kết nối thiết bị chuyển mạch và máy chủ, còn các nhà vận hành đã bắt đầu đánh giá những mô-đun thế hệ tiếp theo.

Công ty cho biết hoạt động R&D tại Singapore sẽ đóng góp trực tiếp vào nền tảng quang tử và lộ trình sản phẩm. Khoản đầu tư sớm của Singapore vào nghiên cứu quang tử và lượng tử, cùng nguồn nhân lực bán dẫn sẵn có, khiến nơi đây trở thành địa điểm phù hợp để mở rộng sản xuất song song với thúc đẩy vật lý thiết bị và đổi mới quy trình. GlobalFoundries có khoảng 3.800 nhân viên tại Singapore ở nhiều nhà máy bán dẫn, tạo nền tảng thuận lợi để chuyển kết quả phòng thí nghiệm thành dây chuyền sản xuất.

Động thái này cũng cho thấy nghiên cứu công có thể chuyển hóa thành năng lực thương mại như thế nào. Nguồn gốc của AMF từ Viện Vi điện tử thuộc A*STAR minh họa lộ trình từ nghiên cứu học thuật đến các giải pháp ở quy mô công nghiệp. Sự hợp tác mới hướng tới rút ngắn lộ trình đó cho các nền tảng quang tử tương lai, trong đó có những vật liệu mới giúp hỗ trợ liên kết quang tốc độ cao hơn, suy hao thấp hơn và tiêu thụ ít điện hơn.

Ý kiến từ các công ty

Giám đốc điều hành GlobalFoundries Tim Breen nhấn mạnh quang tử silicon là yêu cầu cốt lõi đối với hạ tầng AI hiện nay và trong tương lai. Ông cho biết công ty sẽ tận dụng năng lực sản xuất và chuyên môn của AMF để mở rộng lộ trình sản phẩm quang học, giúp giảm điện năng và tăng thông lượng bên trong trung tâm dữ liệu cũng như trên các mạng diện rộng.

Công nghệ quang tử silicon thiết yếu đối với hạ tầng AI. Khi dữ liệu được truyền đi nhanh hơn và khối lượng công việc trở nên phức tạp hơn, khả năng truyền thông tin nhanh hơn, chính xác hơn và tiết kiệm năng lượng hơn hiện là yếu tố căn bản đối với các trung tâm dữ liệu AI và mạng viễn thông tiên tiến.

Giám đốc điều hành AMF Jagadish CV nhấn mạnh sự phù hợp giữa hai công ty và tiềm năng tiếp cận nhiều thị trường hơn với danh mục sản phẩm rộng hơn.

AMF và GF cùng chia sẻ tầm nhìn về đổi mới và quan hệ hợp tác chặt chẽ với khách hàng để cung cấp các giải pháp khác biệt. Với danh mục công nghệ bổ trợ cho nhau, chúng tôi mong muốn thúc đẩy quang tử silicon phục vụ nhiều thị trường và khách hàng hơn.

Thay đổi này nằm ở đâu trong cuộc đua toàn cầu về kết nối quang

Liên kết quang đã trở thành trọng tâm chiến lược của toàn ngành. Các nhà sản xuất chip mạng và đơn vị vận hành siêu quy mô đang hướng tới quang học cắm rời và đóng gói đồng vị trí để theo kịp các cụm AI quy mô lớn. Các công ty như Nvidia đã hợp tác với những xưởng đúc hàng đầu để đóng gói chip mạng cùng các kết nối quang. Những doanh nghiệp được đầu tư vốn mạo hiểm như Ayar Labs, Celestial AI và Lightmatter đang phát triển kết nối quang giữa các chip; một số công ty sử dụng GlobalFoundries để sản xuất. Trong lĩnh vực điện toán lượng tử, GlobalFoundries hợp tác với PsiQuantum phát triển chip dựa trên quang tử cho các hệ thống lượng tử quy mô lớn.

Năng lực sản xuất tại Singapore, bên cạnh hoạt động hiện có ở Mỹ và châu Âu, giúp GlobalFoundries đa dạng hóa cơ sở sản xuất. Điều này hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ đám mây và nhà mạng viễn thông muốn tìm nguồn linh kiện trọng yếu từ nhiều khu vực. Đồng thời, nó củng cố vị thế của Singapore như một trung tâm thiết kế, chế tạo và kiểm thử quang tử silicon khi công nghệ này ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong truyền thông dữ liệu, cảm biến và điện toán.

Thương vụ cũng nối dài mối gắn kết nhiều năm giữa GlobalFoundries và Singapore. Năm 2010, công ty mua lại Chartered Semiconductor, mở rộng sự hiện diện tại quốc gia này. Thương vụ AMF bổ sung chuyên môn về quang tử, phù hợp với làn sóng đầu tư hiện nay vào hạ tầng AI.

Thông tin công nghệ: từ kích thước wafer đến quang học đóng gói đồng vị trí

Hai chi tiết giúp lý giải vì sao thương vụ này có thể đẩy nhanh tốc độ ứng dụng quang tử: kích thước wafer và công nghệ đóng gói.

Từ wafer 200 milimét lên 300 milimét

Hoạt động sản xuất hiện tại của AMF sử dụng wafer 200 milimét. GlobalFoundries dự định mở rộng lên 300 milimét khi nhu cầu của khách hàng tăng. Wafer lớn hơn cho phép tạo ra nhiều khuôn chip hơn trên mỗi wafer, cải thiện hiệu quả kinh tế theo quy mô và thường sử dụng được các bộ công cụ tiên tiến hơn. Chuyển nền tảng quang tử sang wafer 300 milimét có thể giảm chi phí trên mỗi chức năng và hỗ trợ sản lượng bộ thu phát cùng động cơ quang cao hơn. Quá trình chuyển đổi đòi hỏi chuyển giao quy trình và thẩm định cẩn trọng để duy trì hiệu năng quang học, chẳng hạn như suy hao truyền dẫn thấp trong ống dẫn sóng và đặc tính hoạt động ổn định của bộ điều biến trên các wafer.

Từ mô-đun cắm rời đến quang học đóng gói đồng vị trí

Trong nhiều thập kỷ, thiết bị mạng dựa vào các mô-đun quang cắm rời được lắp ở mặt trước thiết bị chuyển mạch. Những mô-đun này sẽ tiếp tục giữ vai trò quan trọng vì cho phép nhà vận hành nâng cấp hệ thống quang mà không cần thay toàn bộ thiết bị. Quang học đóng gói đồng vị trí tạo ra một thay đổi. Động cơ quang nằm trên cùng một đế với chip ASIC của thiết bị chuyển mạch hoặc bộ tăng tốc, với đường dẫn điện rất ngắn. Cách bố trí này giảm thiểu suy hao tín hiệu, hạ mức tiêu thụ điện và hỗ trợ băng thông tổng hợp cao hơn trên mỗi khung thiết bị. Tích hợp quang tử và điện tử ở cấp độ xưởng đúc là yếu tố then chốt giúp hiện thực hóa kiến trúc này và là một trọng tâm trong lộ trình của GlobalFoundries.

Vì sao 400G quan trọng

Các giá đỡ hiện đại trong trung tâm dữ liệu AI truyền dữ liệu theo các làn 100G. Một bộ thu phát 400G thường sử dụng bốn làn 100G, còn 800G tăng gấp đôi con số đó. Đạt được tốc độ 400G và 800G ổn định ở quy mô lớn với mức tiêu thụ điện thấp là bước đệm thực tế hướng tới các liên kết cấp terabit. Nghiên cứu vật liệu, bộ điều biến và ống dẫn sóng suy hao thấp ở các tốc độ này giúp ngành giảm chi phí trên mỗi bit và điện năng trên mỗi bit, hai chỉ số chi phối thiết kế mạng trung tâm dữ liệu.

Rủi ro, tích hợp và những điều cần theo dõi

Mở rộng nền tảng quang tử silicon không đơn giản. Tỷ lệ thành phẩm phụ thuộc vào suy hao quang học, độ đồng nhất của thiết bị, độ chính xác khi căn chỉnh đóng gói và phạm vi kiểm thử. Chuyển từ wafer 200 milimét sang 300 milimét đòi hỏi kiểm soát quy trình trên số lượng khuôn chip nhiều hơn và thường phải sử dụng thiết bị mới. Việc tích hợp đội ngũ và PDK cần được thực hiện cẩn trọng để duy trì ổn định các quy tắc thiết kế cho khách hàng. Chuỗi cung ứng laser, vật liệu và đóng gói tiên tiến cũng phải mở rộng tương ứng với sản lượng wafer.

Chu kỳ áp dụng của khách hàng là một biến số khác. Nhiều nhà vận hành đám mây nâng cấp hệ thống quang theo chu kỳ nhiều năm, gắn với việc làm mới chip chuyển mạch và kiến trúc mạng kết nối. Việc thuyết phục khách hàng chuyển từ mô-đun cắm rời sang quang học đóng gói đồng vị trí sẽ phụ thuộc vào độ tin cậy đã được chứng minh, mô hình dịch vụ và khả năng sửa chữa hoặc thay thế hệ thống quang tại hiện trường.

Cạnh tranh rất gay gắt. Các xưởng đúc hàng đầu và nhà cung cấp chip mạng đều đang đầu tư vào kết nối quang. Những công ty có thể kết hợp sản xuất với tỷ lệ thành phẩm cao, hệ sinh thái thiết kế vững chắc và quan hệ đối tác đóng gói chặt chẽ sẽ giành được nhiều đơn hàng nhất trong các thiết bị chuyển mạch thế hệ tiếp theo và cụm AI.

Tác động đến Singapore và hệ sinh thái chip châu Á

Singapore đã đầu tư nhiều năm vào quang tử, nghiên cứu lượng tử và sản xuất bán dẫn. Ngành bán dẫn đóng góp một tỷ trọng đáng kể trong tổng sản phẩm quốc nội của quốc gia này, còn các cơ quan công quyền đã triển khai chương trình củng cố năng lực thiết kế, đóng gói tiên tiến và vật liệu chuyên dụng. Hành trình của AMF từ một công ty tách ra từ viện nghiên cứu thành nhà cung cấp toàn cầu, nay trở thành một phần của nhà sản xuất chip theo hợp đồng hàng đầu, cho thấy khoa học được tài trợ công có thể tạo nền móng cho chuyên môn phục vụ xuất khẩu như thế nào.

Trung tâm xuất sắc mới và hoạt động sản xuất mở rộng có thể thu hút các công ty khởi nghiệp và tập đoàn đa quốc gia muốn thiết kế, sản xuất động cơ quang tại châu Á, đồng thời duy trì khả năng tiếp cận năng lực xưởng đúc ở Bắc Mỹ và châu Âu. Vai trò trung tâm ổn định, trung lập của Singapore có sức hấp dẫn đối với mục tiêu tăng khả năng chống chịu của chuỗi cung ứng. Với các công ty khởi nghiệp công nghệ sâu trong lĩnh vực quang tử, lượng tử và cảm biến, việc dễ dàng tiếp cận dịch vụ tạo mẫu, chạy thử và mở rộng sản lượng trong cùng một hệ sinh thái có thể rút ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

Đối với GlobalFoundries, mảng hạ tầng truyền thông và trung tâm dữ liệu hiện là một trong những lĩnh vực kinh doanh tăng trưởng nhanh nhất. Các lãnh đạo công ty cho biết quang tử silicon có thể đạt doanh thu thường niên ở mức hàng tỷ USD trước cuối thập kỷ này nếu tốc độ ứng dụng tiếp tục như hiện nay. Thương vụ mua lại AMF và quan hệ hợp tác với A*STAR được thiết kế để duy trì đà tăng trưởng đó bằng cách mở rộng năng lực sản xuất, đẩy nhanh đổi mới và giảm các điểm nghẽn trong khu vực.

Điểm cần biết

• GlobalFoundries mua lại Advanced Micro Foundry có trụ sở tại Singapore để mở rộng năng lực sản xuất quang tử silicon; các điều khoản tài chính không được tiết lộ.
• Hoạt động hợp nhất đưa GlobalFoundries trở thành xưởng đúc chuyên về quang tử silicon lớn nhất xét theo doanh thu.
• Một trung tâm xuất sắc mới về quang tử silicon tại Singapore sẽ hợp tác với A*STAR phát triển công nghệ quang 400G trở lên.
• AMF bổ sung nền tảng 200 milimét, các bộ công cụ thiết kế quy trình đã hoàn thiện và tập khách hàng toàn cầu, cùng kế hoạch mở rộng lên 300 milimét.
• Quang tử silicon truyền dữ liệu bằng ánh sáng, giảm mức tiêu thụ điện và độ trễ so với đồng, yếu tố then chốt đối với trung tâm dữ liệu AI và mạng viễn thông.
• GlobalFoundries hướng đến đẩy nhanh phát triển sản phẩm từ bộ thu phát cắm rời đến quang học đóng gói đồng vị trí cho truyền thông dữ liệu và điện toán.
• Các công ty khởi nghiệp như Ayar Labs, Celestial AI, Lightmatter và công ty lượng tử PsiQuantum nằm trong làn sóng chuyển dịch rộng hơn sang kết nối quang.
• Những thách thức chính trong triển khai gồm tỷ lệ thành phẩm, chuyển quy trình sang wafer lớn hơn, đóng gói tiên tiến và chu kỳ áp dụng của khách hàng.