Hợp nhất quang điện tử là gì――"Giới hạn của đồng" mà AI đã chỉ ra
Tích hợp quang-điện (光電融合 / quang điện dung hợp), nói một cách ngắn gọn, là "công nghệ hòa quyện mạch xử lý tín hiệu điện và mạch xử lý tín hiệu ánh sáng vào trong cùng một con chip hoặc một gói (package)". Các kỹ sư của NTT diễn đạt nó là "công nghệ tích hợp mạch điện tử và mạch quang vào trong một hệ thống duy nhất". Chỉ nói vậy thì còn quá trừu tượng, nên hãy thử mổ xẻ bằng một ví dụ gần gũi.
"Cáp quang" dẫn Internet vào nhà chúng ta thực ra đã đang truyền tải thông tin bằng ánh sáng. Thế nhưng, ánh sáng đó bị chuyển đổi thành tín hiệu điện một lần tại modem trong nhà, và bên trong máy tính hay điện thoại thông minh thì mọi thứ đều được xử lý thông qua các đường dây bằng đồng (điện). Khoảng cách dài thì dùng ánh sáng, khoảng cách ngắn thì dùng điện — đây là lẽ thường suốt nhiều năm. Bởi vì việc chuyển đổi qua lại giữa ánh sáng và điện đòi hỏi linh kiện chuyên dụng và năng lượng, nên ở cự ly gần thì chẳng có lý do gì để cất công chuyển sang ánh sáng cả.
Lẽ thường này đã bị AI tạo sinh (generative AI) lật đổ tận gốc. Các GPU (chip bán dẫn xử lý hình ảnh) đảm nhận việc tính toán của AI hoạt động theo kiểu hàng nghìn con bó lại với nhau như một bộ não khổng lồ duy nhất. Vấn đề là các GPU trao đổi dữ liệu với nhau với tốc độ khủng khiếp — và những đường dây đồng truyền tải dữ liệu đó càng cố làm cho nhanh thì lại càng rơi vào "tam trùng khổ": tỏa nhiệt, tiêu thụ điện và độ trễ. Nhìn vào những con số cụ thể: máy chủ GPU thế hệ mới nhất của NVIDIA ngốn tới tối đa 1,4 megawatt điện cho mỗi rack. Bộ thu phát quang (transceiver, linh kiện chuyển đổi quang-điện) cỡ 1,6 terabit mỗi giây hiện hành tiêu thụ khoảng 30 watt mỗi cái, trong đó riêng chip xử lý tín hiệu (DSP) đã chiếm hơn 15 watt. Nếu xếp hàng nghìn cái như vậy trong một trung tâm dữ liệu, tính ra sẽ có lượng điện cỡ megawatt bốc hơi "chỉ để truyền tải dữ liệu". Trên thực tế, tỷ trọng của "linh kiện kết nối" trong vốn đầu tư thiết bị của trung tâm dữ liệu đã tăng gấp đôi, từ 15% của ba năm trước lên hơn 30% vào năm 2026.
Từ đó nảy sinh ý tưởng: hãy đưa ánh sáng tiến ngày càng gần hơn vào cả những cự ly gần — giữa thiết bị với thiết bị, giữa bo mạch với bo mạch, rồi đến giữa chip với chip, và cuối cùng là vào bên trong con chip — những nơi mà cho đến nay vẫn được cho là "để nguyên dạng điện là đủ rồi". Đây chính là tích hợp quang-điện, và tuyến đầu của nó là "Co-Packaged Optics (CPO)", tức cho một engine xuất/nhập ánh sáng ở chung ngay sát cạnh (trong cùng một gói) với các chip bán dẫn dùng cho GPU hay switch. Hiệu quả của việc thay thế bằng ánh sáng là cực kỳ ấn tượng: trong các mẫu thử nghiệm của NTT, người ta dự kiến có thể giảm lượng tiêu thụ điện xuống còn 1/8 so với hiện hành, và cuối cùng là tới 1/100. "Ánh sáng không chỉ nhanh, mà còn tiết kiệm năng lượng một cách áp đảo" — đây chính là cốt lõi khiến tích hợp quang-điện trở thành công nghệ thiết yếu trong thời đại AI.
Tại sao đây lại là "hạng mục tối quan trọng" của an ninh kinh tế? ―― Điểm yếu hiểm yếu nằm ở indium phosphide
Có hai lý do lớn khiến hợp nhất quang-điện (photonics-electronics convergence) được gọi là "hạng mục quan trọng nhất của an ninh kinh tế".
Thứ nhất, đây chính là nền tảng của bản thân hạ tầng AI. Như đã thấy ở chương trước, không có quang hóa thì không có sự mở rộng quy mô (scale) của AI. Trong thời đại mà AI chi phối sức mạnh kinh tế, quân sự và khoa học của một quốc gia, việc để cho nước khác nắm giữ hạ tầng trái tim ấy mang ý nghĩa tương đương với việc phụ thuộc nước khác về năng lượng hay lương thực. Dựa trên Luật Thúc đẩy An ninh Kinh tế (2022), chính phủ Nhật Bản đã chỉ định chất bán dẫn là "vật tư trọng yếu đặc định" vào tháng 12 năm 2022, và đến tháng 2 năm 2026 còn bổ sung chỉ định cả các linh kiện điện tử tiên tiến như tụ điện và bộ lọc. Hơn nữa, "K Program (Chương trình Bồi dưỡng Công nghệ Trọng yếu của An ninh Kinh tế)" — chương trình dùng ngân sách nhà nước để hậu thuẫn nghiên cứu phát triển các công nghệ trọng yếu đặc định — đã được đầu tư với tổng quy mô khoảng 500 tỷ yên, và được vận hành thông qua các quỹ của JST (Cơ quan Xúc tiến Khoa học và Công nghệ) cùng NEDO (Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới). Hợp nhất quang-điện đang dần được định vị đúng ngay tại trung tâm của khuôn khổ này.
Thứ hai, và đây là điều bài viết này muốn nhấn mạnh nhất, đó là trong chuỗi cung ứng của hợp nhất quang-điện tồn tại không ít những "điểm yếu hiểm yếu" mà chỉ một số quốc gia, doanh nghiệp nhất định mới nắm giữ. Điểm yếu lớn nhất là wafer (đế) của "indium phosphide (InP)" — chất bán dẫn hợp chất làm nền tảng cho nguồn sáng laser. Silicon tuy giỏi dẫn điện nhưng lại không thể phát ra ánh sáng. Để tạo ra ánh sáng (laser) thì cần đến các loại bán dẫn đặc biệt như InP hay gallium arsenide (GaAs). Nguồn cung đế InP trên toàn cầu, dù có sự chênh lệch tùy theo ước tính, là một thị trường độc quyền nhóm cực đoan khi chỉ riêng ba công ty hàng đầu — Sumitomo Electric Industries của Nhật (ước tính khoảng 40~60%), AXT của Mỹ (bao gồm cả công ty con tại Trung Quốc là Bắc Kinh Tongmei = Tongmei), và JX Metals — đã chiếm hơn 90%. Hơn nữa, cung cầu đang ở bờ vực sụp đổ: trong khi lượng xuất xưởng toàn cầu năm 2025 chỉ dừng ở mức 600.000~700.000 tấm, thì nhu cầu lại lên tới 1,5~2 triệu tấm, rơi vào tình trạng thiếu hụt cung ứng hơn 70%. Đơn hàng tồn đọng đã kín cho đến tận sau năm 2027, và tồn kho gần như bằng không. Nghiêm trọng hơn nữa là việc AXT bị hạn chế xuất xưởng do sự chậm trễ trong giấy phép xuất khẩu của Trung Quốc. Đây chính là vấn đề an ninh kinh tế đúng nghĩa, nơi rủi ro địa chính trị giáng đòn trực tiếp vào nguồn cung chip quang.
Bức tranh xoay quanh vật liệu thế hệ tiếp theo còn nguy hiểm hơn. Đối với "lithium niobate màng mỏng (TFLN)" — được cho là có hiệu năng vượt trội silicon — Trung Quốc gần như độc chiếm nguồn cung wafer, và ngay cả về số lượng đơn đăng ký sáng chế trong lĩnh vực hợp nhất quang-điện, Trung Quốc cũng đã gần ngang bằng với Mỹ vào năm 2021, và tính đến thời điểm tháng 1 năm 2025 được cho là đã đạt mức hơn gấp đôi Mỹ (khoảng 800 đơn). Trước xu thế này, tại Mỹ đã bắt đầu việc "loại bỏ Trung Quốc" khỏi mạng lưới cung ứng. GlobalFoundries đã mua lại Advanced Micro Foundry (AMF) của Singapore vào tháng 11 năm 2025, và giương cao khẩu hiệu cung ứng chip quang "China-free (không bao gồm Trung Quốc)". NVIDIA cũng đầu tư mỗi bên 2 tỷ USD (khoảng 310 tỷ yên mỗi bên) vào Lumentum và Coherent, tổng cộng 4 tỷ USD (khoảng 620 tỷ yên) để đảm bảo nguồn sáng.
Trong bức tranh căng thẳng này, vị thế của Nhật Bản lại rất đặc biệt. Nhật Bản không nắm được quyền chủ đạo về sản phẩm hoàn chỉnh (switch hay GPU) hay về thiết kế và sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, ở lĩnh vực "công nghệ nền tảng = vật liệu linh kiện và thiết bị" như nguồn sáng laser, linh kiện quang học, thiết bị chế tạo, thiết bị kiểm tra, Nhật Bản nắm giữ rất nhiều điểm yếu hiểm yếu mà bất kỳ ai trên thế giới cũng buộc phải trông cậy. Mượn lời của Nikkei xTECH thì "Nhật Bản có thế mạnh về nguồn sáng", còn theo cách diễn đạt của Phòng Nghiên cứu Công nghiệp Ngân hàng Mizuho thì "con đường chiến thắng là sự hợp nhất ba trong một (tam vị nhất thể)". Như sẽ trình bày ở phần sau, đây cũng chính là lý do khiến các quỹ đầu tư mạo hiểm (VC) ở Thung lũng Silicon chú ý đến Nhật Bản.
Sáng kiến IOWN của NTT――Năm tài khóa 2026, thiết bị quang điện tử cuối cùng cũng được thương mại hóa
Ngọn cờ giúp Nhật Bản dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực hợp nhất quang-điện (photonics-electronics) chính là sáng kiến "IOWN (đọc là Ai-on, Innovative Optical and Wireless Network)" của NTT. Được đề xuất vào năm 2019, đến tháng 1 năm 2020, NTT, Intel (Mỹ) và Sony trở thành các thành viên sáng lập để thành lập "IOWN Global Forum", và tính đến tháng 2 năm 2026, sáng kiến này đã phát triển thành một hệ sinh thái quốc tế với sự tham gia của hơn 170 doanh nghiệp và trường đại học trên toàn thế giới. Mục tiêu cuối cùng mà IOWN đặt ra rất hoành tráng: bằng cách thay thế toàn bộ quá trình xử lý mạng bằng ánh sáng, sáng kiến này hứa hẹn đạt được "hiệu suất điện năng gấp 100 lần, dung lượng truyền dẫn gấp 125 lần, và độ trễ giảm còn 1/200".
Giai đoạn đầu tiên của IOWN là Mạng Toàn Quang (All-Photonics Network – APN) đã được thương mại hóa, được sử dụng trong cuộc trình diễn kết nối khu vực triển lãm với trung tâm dữ liệu tại Triển lãm Osaka-Kansai 2025, đồng thời hợp tác với Chunghwa Telecom để vận hành tuyến quang dài khoảng 3.000 km giữa Đài Loan và Nhật Bản với độ trễ khoảng 17 mili giây. Và đến năm 2026, sáng kiến này cuối cùng bước vào giai đoạn thứ hai là "đưa thiết bị hợp nhất quang-điện vào bên trong máy tính".
Chìa khóa nắm giữ ở đây là thiết bị hợp nhất quang-điện "PEC" tiến hóa qua từng thế hệ. Theo lộ trình của NTT, "PEC-2" – thiết bị thay thế dây dẫn điện giữa các bo mạch (bảng mạch) của máy tính bằng ánh sáng – sẽ được cung cấp thương mại trong năm tài chính 2026 (đến tháng 3 năm 2027); tiếp theo là "PEC-3" thuộc loại "quang I/O" kết nối các gói bán dẫn như CPU hay GPU bằng ánh sáng, dự kiến tung ra dưới dạng mẫu thương mại vào khoảng năm 2028; và cuối cùng, vào khoảng năm 2032, sẽ quang hóa cả dây dẫn bên trong chip, nhằm mục tiêu giảm mức tiêu thụ điện năng xuống còn 1/100. Càng tiến gần đến ánh sáng thì hiệu quả càng lớn, nhưng độ khó về mặt kỹ thuật cũng tăng vọt – chiến lược chinh phục theo từng giai đoạn này chính là khung xương của sáng kiến.
PEC-2, sản phẩm thương mại hóa đầu tiên, đang dần hiện hình thành một sản phẩm cụ thể có thể hình dung được. Bộ phận cốt lõi "động cơ quang (light engine)" là một linh kiện nhỏ gọn có chiều rộng khoảng 20 milimét, và bộ chuyển mạch (switch) tích hợp 16 bộ này đạt dung lượng truyền thông tổng cộng 102,4 terabit mỗi giây – mức cao nhất trên thị trường – với mức điện năng chỉ bằng 1/8 so với trước đây. NTT giải thích rằng dung lượng này "lớn hơn gấp 7 lần tốc độ truyền thông giữa các chip 14,4 terabit mỗi giây của GPU mới nhất". Hỗ trợ cho việc thương mại hóa sản phẩm này là một chuỗi cung ứng được tổ chức chu đáo. Broadcom (Mỹ) đảm nhận thiết kế LSI (mạch tích hợp quy mô lớn) tích hợp trong bộ chuyển mạch, Accton Technology (Đài Loan) đảm nhận thiết kế và sản xuất khung vỏ bộ chuyển mạch để gắn LSI lên, còn Shinko Electric Industries phụ trách bảng mạch gói bán dẫn. Và đơn vị đảm nhận thiết kế và sản xuất động cơ quang cùng mô-đun chuyển mạch – bộ phận trái tim – chính là NTT Innovative Devices, công ty này có năng lực sản xuất 5.000 chiếc mỗi tháng trên mỗi dây chuyền, và có kế hoạch tăng cường lên ít nhất 3 dây chuyền trong tương lai. Việc NTT đạt được sự thu nhỏ kích thước nhờ công nghệ "thiết bị màng mỏng (membrane)" độc quyền giúp làm mỏng linh kiện quang đến mức tối đa cũng là một thế mạnh mà các công ty khác không có.
Doanh thu liên quan đến IOWN, nếu nhìn từ doanh thu hợp nhất khoảng 13 nghìn tỷ yên của NTT, thì vẫn còn rất nhỏ. Tuy nhiên, lấy việc thương mại hóa năm tài chính 2026 làm điểm khởi đầu, đến những năm 2030, thiết bị hợp nhất quang-điện dành cho trung tâm dữ liệu AI có khả năng phát triển thành ngành kinh doanh quy mô từ hàng chục tỷ yên đến hàng nghìn tỷ yên. Theo một ước tính, để xây dựng APN cùng với việc triển khai CPO lên máy chủ, cần khoản đầu tư tổng cộng quy mô 4,5 nghìn tỷ yên. NTT đang đẩy mạnh sáng kiến này sang giai đoạn "triển khai" một cách quyết liệt, với việc Chủ tịch Akira Shimada đứng trên bục diễn thuyết chính tại MWC Barcelona 2026 vào tháng 3 năm 2026, và công bố "NTT IOWN Technology Report" vào tháng 1.
Rapidus – ngành bán dẫn niềm tự hào Nhật Bản: Canh bạc "công đoạn hậu kỳ với tiền đề tích hợp quang-điện"
Một nhân vật chủ chốt khác của hợp nhất quang-điện tử (photonics-electronics convergence) là Rapidus — "chất bán dẫn quốc gia Nhật Bản" đang thách thức dòng chip logic tiên tiến nhất thế hệ 2nm (nanomet). Được thành lập vào tháng 8 năm 2022 bởi 8 công ty gồm Toyota, Sony, NEC, NTT, SoftBank, Denso, Kioxia và Ngân hàng Mitsubishi UFJ, công ty này đã khởi động dây chuyền thử nghiệm (pilot line) vào tháng 4 năm 2025 tại nhà máy "IIM-1" ở thành phố Chitose, Hokkaido, và đến tháng 7 cùng năm đã công bố chip thử nghiệm 2nm theo phương thức GAA (Gate-All-Around) được phát triển chung với IBM trên tấm wafer 300mm. Chip 2nm được cho là có hiệu năng cao hơn tối đa 45% và giảm 75% mức tiêu thụ điện so với sản phẩm 7nm tại thời điểm năm 2022, với mục tiêu bắt đầu sản xuất hàng loạt vào năm 2027.
Về mặt tài chính, công ty cũng đang có đà phát triển mạnh mẽ. Ngày 27 tháng 2 năm 2026, công ty đã hoàn tất việc huy động tổng cộng 267,6 tỷ yên (khoảng 1,7 tỷ USD), trong đó 167,6 tỷ yên được huy động từ 32 công ty như Canon, Fujitsu, NTT, SoftBank, Ngân hàng Phát triển Nhật Bản, Sony Group, v.v. Tiếp đó, vào ngày 11 tháng 4, Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp đã phê duyệt thêm 631,5 tỷ yên (khoảng 4 tỷ USD), nâng tổng mức hỗ trợ nghiên cứu và phát triển của chính phủ lên khoảng 2.350 tỷ yên. Hãng Bloomberg của Mỹ đã đưa tin về điều này như "canh bạc quy mô khoảng 16 tỷ USD của Nhật Bản đặt cược vào Rapidus".
Điều có ý nghĩa quyết định đối với chủ đề của bài viết này là việc Rapidus đã dấn thân vào "công đoạn hậu kỳ (đóng gói, lắp ráp) lấy hợp nhất quang-điện tử làm tiền đề". Trong thế giới của chip tiên tiến nhất, "công đoạn hậu kỳ" — nơi nhiều con chip nhỏ (chiplet) được kết hợp với nhau như các khối Lego — đã trở thành chiến trường mới, và để đưa quang I/O lên gói (package), chính công nghệ đóng gói này nắm giữ chìa khóa. Rapidus đã khai trương cơ sở hậu kỳ "Rapidus Chiplet Solutions (RCS)" vào ngày 11 tháng 4 năm 2026, và đang triển khai nỗ lực đầu tiên trên thế giới nhằm thử nghiệm interposer RDL (lớp tái phân bố dây) màng cách điện hữu cơ bằng cách sử dụng tấm panel cỡ lớn kích thước 600mm vuông. Hơn nữa, theo bản tin của TrendForce (ngày 26 tháng 5 năm 2026), công ty đã áp dụng thiết bị đóng gói cấp panel của Lam Research và bắt tay vào phát triển cả interposer thủy tinh kích thước 600mm vuông.
Ông Yasumitsu Orii, Phó Tổng giám đốc điều hành của Rapidus, đã đưa ra phương châm phát triển công đoạn hậu kỳ qua 4 giai đoạn, tuyên bố rõ rằng sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt công đoạn hậu kỳ của nhiều thế hệ từ năm 2028 và "trong tương lai sẽ làm cả hợp nhất quang-điện tử". Chiến lược cung cấp đồng bộ cả công đoạn tiền kỳ (sản xuất 2nm) và công đoạn hậu kỳ (đóng gói tiên tiến) này cũng là một canh bạc nhằm đưa Rapidus từ một "đơn vị gia công sản xuất" đơn thuần lên thành "một nhà cung cấp tổng hợp đảm nhận đến cả khâu đóng gói chip bán dẫn AI".
Dự án triển khai tích hợp quang điện tử của Rapidus/LSTC được NEDO lựa chọn
Đặt cược này được hậu thuẫn như một dự án quốc gia thông qua dự án nghiên cứu và phát triển do LSTC (Hiệp hội Nghiên cứu Kỹ thuật - Trung tâm Công nghệ Bán dẫn Tiên tiến Nhất) chủ trì, được Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản công bố vào ngày 11 tháng 4 năm 2026 và được NEDO lựa chọn. Tên gọi chính thức là "Phát triển công nghệ đóng gói bán dẫn nhằm thúc đẩy tích hợp quang-điện và hình thành nền tảng công đoạn hậu kỳ tiên tiến", được định vị như một phần của "Dự án nghiên cứu và phát triển tăng cường nền tảng hệ thống thông tin truyền thông hậu 5G / Phát triển công nghệ sản xuất bán dẫn tiên tiến". LSTC đã công bố điều này vào ngày 13 tháng 4 và tổ chức họp báo chi tiết vào ngày 17 tháng 4.
Mục tiêu của dự án này là thiết lập công nghệ đóng gói tích hợp quang-điện vượt qua giới hạn của hệ thống dây dẫn điện. Các chỉ tiêu số liệu đề ra rất cụ thể: hiện thực hóa truyền dẫn băng thông siêu cao cấp 10 terabit mỗi giây trên mỗi milimét, cùng việc giảm tiêu thụ điện năng từ 40% trở lên. Để đạt được điều đó, dự án phát triển công nghệ "liên kết lai" (hybrid bonding) giữa động cơ quang (optical engine) và bộ chuyển tiếp quang RDL (optical RDL interposer) với bước (pitch) cực kỳ tinh vi từ 6 micromét trở xuống, đồng thời xây dựng cơ sở đổi mới mở (open innovation) công đoạn hậu kỳ tiên tiến đầu tiên trên thế giới tương thích với tấm panel kích thước 300mm vuông. Việc phát triển công nghệ được cấu thành bởi ba trụ cột lớn — (1) công nghệ liên kết động cơ quang với bộ chuyển tiếp quang RDL với độ chính xác cao, (2) công nghệ của chính bộ chuyển tiếp quang RDL, (3) hình thành nền tảng công đoạn hậu kỳ tương thích tấm panel 300mm vuông.
Điều đáng chú ý là cơ cấu thực hiện và vị trí địa lý của nó. Tham gia dự án, ngoài LSTC, Đại học Khoa học và Công nghệ Chitose công lập, Đại học Tohoku, Đại học Hokkaido, Đại học Quốc gia Yokohama, còn có imec của Bỉ — cơ quan nghiên cứu bán dẫn hàng đầu thế giới — tham gia với vai trò hợp tác kỹ thuật. Cơ sở nghiên cứu và phát triển được xây dựng trong khuôn viên của Đại học Khoa học và Công nghệ Chitose, tức là tiếp giáp với RCS của Rapidus, hướng tới hoàn thành vào năm tài khóa 2028. Rapidus của công đoạn tiền kỳ, cơ sở LSTC của công đoạn hậu kỳ, cùng các trường đại học và cơ quan nghiên cứu quốc tế tập trung tại khu vực Chitose, Hokkaido — một đội hình có thể được gọi là "cụm quang tử silic phiên bản Nhật Bản" đang dần hiện ra tại nơi đây.
Bá chủ thượng nguồn ①――Chất bán dẫn hợp chất và nguồn sáng laser (Sumitomo Electric Industries・Furukawa Electric)
Từ đây, chúng ta sẽ xem xét những điểm trọng yếu ở thượng nguồn mà bài viết này gọi là "con đường thắng lợi của Nhật Bản", gắn với các doanh nghiệp cụ thể. Trước hết là chất bán dẫn hợp chất và nguồn sáng laser – những thứ tạo ra "bản thân ánh sáng" trong dung hợp quang-điện tử.
Đứng đầu trong số đó là Sumitomo Electric Industries. Như đã đề cập ở trên, công ty này nắm giữ thị phần hàng đầu thế giới (ước tính khoảng 40~60%) về đế indium phosphide (InP) – nền tảng của nguồn sáng laser. Vì silicon không phát sáng, nên để chế tạo laser cần có "thửa ruộng" mang tên InP – và công ty sở hữu nhiều thửa ruộng đó nhất thế giới chính là Sumitomo Electric, ta có thể hiểu như vậy. Hơn nữa, công ty này còn mạnh về các công nghệ bán dẫn hợp chất như EML (laser tích hợp bộ điều biến hấp thụ điện trường) – được xem là hàng đầu trong ngành với vai trò nguồn sáng phía phát của trung tâm dữ liệu AI, và GaN (gallium nitride) HEMT – có thể dùng cho cả mạng không dây thế hệ mới. Đầu tư cũng đang được đẩy mạnh: đầu năm 2025, công ty công bố sẽ rót khoảng 14 tỷ yên để tăng sản lượng linh kiện quang dùng cho viễn thông; tại nhà máy Yokohama, một tòa nhà nghiên cứu và phát triển mới sẽ hoàn thành vào tháng 3 năm 2026 và đi vào hoạt động vào tháng 7, với kế hoạch nâng năng lực sản xuất linh kiện quang lên gấp vài lần vào năm tài chính 2028 so với năm tài chính 2024. Năng lực sản xuất đế InP cũng được dự kiến tăng khoảng 40% vào năm 2027. InP càng là "điểm trọng yếu" của AI thì giá trị chiến lược của Sumitomo Electric – công ty sở hữu thửa ruộng đó – càng tăng cao.
Một công ty khác là Furukawa Electric. Công ty này đã xây dựng được vị thế toàn cầu về chip laser diode DFB dùng làm nguồn sáng tín hiệu, cũng như laser bơm (pump) không thể thiếu trong bộ khuếch đại sợi quang. Thương hiệu "FITEL" của Furukawa Electric tự hào giữ vị trí số 1 về nguồn sáng bơm dải 1480nm kể từ năm 1999, và cung cấp "nguồn sáng bên ngoài (ELS)" – đặt nguồn sáng ra bên ngoài chip – cho CPO. Trong CPO, thiết kế cố ý tách laser vốn nhạy cảm với nhiệt ra khỏi chip và lắp riêng đang dần trở thành xu hướng chủ đạo, và Furukawa đang ở vị thế cung cấp "viên pin ánh sáng" đó. Đầu tư đáp ứng nhu cầu tăng vọt cũng rất lớn: rót tổng cộng 38 tỷ yên vào tỉnh Iwate và Thái Lan để nâng năng lực sản xuất chip laser DFB lên hơn 5 lần so với năm tài chính 2025 (dự kiến vào năm 2028), và nhà máy thứ hai tại Thái Lan đã hoàn thành vào tháng 2 năm 2026. Công ty đặt mục tiêu trung hạn nâng lợi nhuận hoạt động của mảng trung tâm dữ liệu lên 200 tỷ yên vào năm tài chính kết thúc tháng 3 năm 2031, gấp 8,5 lần so với kỳ trước, và dự kiến doanh thu các sản phẩm truyền thông quang dành cho trung tâm dữ liệu trong năm tài chính 2025 sẽ tăng khoảng gấp đôi so với năm trước. Trong nghiên cứu ủy thác B5G "BRIGHTEN" của NICT, công ty cũng tham gia phát triển bộ thu phát quang dành cho CPO tốc độ 56 gigabit mỗi giây.
Bá chủ thượng nguồn ②――Linh kiện quang học chính xác và đầu nối mật độ cao (Japan Aviation Electronics Industry・Hirose Electric)
Ánh sáng cuối cùng luôn cần một "đầu cắm". Các đầu nối (connector) liên kết giữa các sợi quang với nhau, hoặc giữa linh kiện quang và bảng mạch, cùng với ferrule (linh kiện đỡ) giúp căn chỉnh lõi sợi quang với độ chính xác đến từng micron, là những vật liệu tuy thầm lặng nhưng không thể thay thế, và ở lĩnh vực này, các doanh nghiệp Nhật Bản cũng tỏa sáng với sự hiện diện mang tầm cỡ thế giới. Ánh sáng càng phổ biến, nhu cầu về các linh kiện kết nối kiểu này càng tăng lên theo kiểu quả cầu tuyết.
Japan Aviation Electronics Industry (JAE) là một doanh nghiệp lớn sản xuất đa dạng các loại đầu nối, từ máy tính, thiết bị di động cho đến thiết bị gắn trên ô tô và thiết bị công nghiệp, và đã tích lũy được công nghệ trong lĩnh vực đầu nối quang đa lõi như MPO/MT vốn không thể thiếu cho hệ thống đi dây mật độ cao của trung tâm dữ liệu. Công ty cũng đã có những bước đi đón đầu hướng tới sự hợp nhất quang-điện: vào tháng 10 năm 2023, công ty đã ký kết hợp tác đầu tư và kinh doanh với AIO Core – một doanh nghiệp khởi nghiệp chuyên về các linh kiện cỡ nhỏ chuyển đổi tín hiệu quang và tín hiệu điện – nhằm phát triển linh kiện cho lĩnh vực ô tô. Mặt khác, kết quả kinh doanh hiện tại cho thấy, dù doanh thu trong năm tài chính kết thúc vào tháng 3 năm 2026 đạt 227,8 tỷ yên (tăng 3% so với năm trước), nhưng giá nguyên vật liệu tăng vọt và chi phí khởi động sản phẩm mới đã gây áp lực lên lợi nhuận, khiến lợi nhuận hoạt động giảm mạnh xuống còn 8,9 tỷ yên (giảm 43% so với năm trước). Có thể thấy được hình ảnh của một giai đoạn chuyển tiếp, nơi yếu tố chi phí là giá nguyên vật liệu cao và yếu tố tăng trưởng là quá trình chuyển sang quang học đang giằng co với nhau.
Hirose Electric nổi tiếng với các đầu nối micro hiệu năng cao đề cao tính siêu nhỏ gọn, chiều cao thấp và tốc độ cao, cung cấp nhiều loại đầu nối tốc độ cao cũng như đầu nối chống nước dùng cho sợi quang và đồng trục cao tần phục vụ mạng tốc độ cao của trung tâm dữ liệu. Công ty này cũng đã ký kết hợp tác đầu tư và kinh doanh với AIO Core vào tháng 9 năm 2024, bắt tay vào việc cùng phát triển các đầu nối tương thích quang dùng trong ô tô và thiết bị viễn thông. Sự thật rằng hai nhà sản xuất đầu nối hàng đầu là Japan Aviation Electronics và Hirose đều cùng đầu tư vào cùng một công ty khởi nghiệp về hợp nhất quang-điện là điều đáng để suy ngẫm. Nắm giữ sớm "tiêu chuẩn và vật liệu của sự kết nối" thay vì sản phẩm hoàn chỉnh – đây có thể được xem là một chiến lược đặc trưng của những người chơi thượng nguồn, những kẻ đang tìm cách đảm bảo một phần quyền chủ động tại điểm bước ngoặt chuyển đổi từ điện sang quang.
Bá chủ thượng nguồn ③ — Thiết bị triển khai và kiểm tra độ chính xác cao (Disco, Advantest)
Nhà sản xuất thiết bị "mài, cắt, kiểm tra" các con chip siêu nhỏ chính là lực lượng hỗ trợ cho hiện trường sản xuất của công nghệ hợp nhất quang-điện (optoelectronic fusion). Ở lĩnh vực này, Nhật Bản tự hào với sức mạnh áp đảo.
DISCO là bá chủ trong lĩnh vực thiết bị công đoạn sau (back-end), nắm giữ 70~80% thị phần thế giới về thiết bị cắt (dicing) dùng để chia tách tấm wafer bán dẫn, và 50~70% về máy mài (grinder) dùng để mài mỏng. Công ty này được đánh giá cao về công nghệ gia công ở cấp độ nano, chẳng hạn như công nghệ "Stealth Dicing" độc đáo dùng tia laser tạo vết nứt bên trong wafer rồi tách ra. Trong công nghệ hợp nhất quang-điện, nhu cầu gia công các vật liệu mới và dễ vỡ ngoài silicon — như interposer thủy tinh, chip silicon photonics, InP, v.v. — mà không làm hỏng chúng ngày càng tăng. Trên thực tế, máy cưa cắt (dicing saw) "DFD6450" của công ty cũng hỗ trợ cắt và tạo rãnh trên thủy tinh dùng cho linh kiện quang học. Việc gia công các chip được làm mỏng đến mức tối đa như HBM (bộ nhớ băng thông rộng) cũng là sân chơi độc tôn của công ty, và đà thuận lợi đang rất mạnh. Kết quả kinh doanh đang cực kỳ khả quan: doanh thu năm tài chính 2025 (tháng 4/2025 ~ tháng 3/2026) tăng 11,1% so với năm trước, đạt 436,8 tỷ yên, lần đầu tiên vượt mốc 400 tỷ yên và đạt mức cao nhất lịch sử; lợi nhuận kinh doanh 184,9 tỷ yên và lợi nhuận ròng 135,5 tỷ yên cũng đạt mức cao nhất lịch sử, lập kỷ lục lợi nhuận cao nhất trong 6 kỳ liên tiếp. Quý 4~6/2026 cũng được dự báo có lợi nhuận ròng tăng 24% so với cùng kỳ năm trước, đạt 29,5 tỷ yên — mức cao nhất lịch sử cho cùng quý này. Công nghệ hợp nhất quang-điện, thông qua việc gia tăng các vật liệu mới, sẽ càng mở rộng thêm cơ hội cho DISCO.
Advantest đứng đầu thế giới về "thiết bị kiểm tra (tester)" dùng để xác định xem các chip được sản xuất ra có hoạt động đúng hay không. Trên nền tảng nhu cầu tăng vọt đối với bán dẫn hiệu năng cao và HBM dành cho AI tạo sinh, doanh thu kỳ tài chính kết thúc tháng 3/2026 tăng 44,7% so với kỳ trước, đạt 1.128,6 tỷ yên, lợi nhuận kinh doanh tăng 118,8%, đạt 499,1 tỷ yên — cả hai đều lập kỷ lục cao nhất lịch sử, và thị phần trên thị trường tester đạt 65% (tăng 7 điểm so với năm trước). Kỳ tài chính kết thúc tháng 3/2027, công ty đặt mục tiêu thậm chí còn lạc quan hơn với doanh thu 1,42 nghìn tỷ yên. Lý do Advantest quan trọng đối với công nghệ hợp nhất quang-điện là vì việc "phán định sản phẩm tốt" của CPO khó hơn nhiều bậc. Ánh sáng cực kỳ nhạy cảm với những sai lệch vị trí dù rất nhỏ, và việc kiểm tra CPO — nơi điện và quang cùng tồn tại — được chỉ ra là một trong những nút thắt cổ chai lớn nhất của việc phổ cập sản xuất hàng loạt. Công nghệ kiểm tra tích hợp quang-điện sử dụng các bộ giám sát quang (optical monitor) v.v. sẽ trở thành biên giới tăng trưởng mới đối với Advantest — hãng mạnh nhất về tester.
Cuộc cạnh tranh phát triển toàn cầu và góc nhìn từ các quỹ đầu tư mạo hiểm ở Thung lũng Silicon
Bây giờ, hãy chuyển góc nhìn sang phía bên kia của Thái Bình Dương. Quyền chủ đạo đối với "thành phẩm" của tích hợp quang-điện (co-packaged optics) vẫn nằm trong tay những gã khổng lồ của Mỹ và Đài Loan. Broadcom đã tung ra "Tomahawk 6 Davisson", switch Ethernet 102,4 terabit mỗi giây thuộc thế hệ CPO thứ ba. NVIDIA, với vai trò là trung tâm của nền tảng "Vera Rubin" được công bố tại GTC 2026, đã tung ra switch Ethernet "Spectrum-X Photonics" và switch InfiniBand "Quantum-X Photonics" áp dụng CPO; sản phẩm trước dự kiến xuất xưởng vào nửa cuối năm 2026, sản phẩm sau vào nửa đầu năm 2026. NVIDIA tuyên bố rằng nhờ CPO, so với các bộ thu phát (transceiver) dạng cắm-rút truyền thống, hiệu suất điện năng được nâng cao 3,5–5 lần, độ tin cậy (thời gian duy trì liên kết) tăng 10 lần, và số lượng laser có thể giảm xuống còn một phần tư. Về nền tảng sản xuất, nền tảng quang tử silicon "COUPE" của TSMC Đài Loan sẽ bước vào sản xuất hàng loạt năm 2026, Samsung hướng tới giải pháp CPO turnkey vào năm 2029, còn Intel vẫn dừng ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển. Các module quang tử silicon được dự báo sẽ chiếm hơn 50% thị trường bộ thu phát quang vào năm 2026 (năm 2024 là khoảng 33%).
Dòng tiền của các quỹ đầu tư mạo hiểm (VC) ở Thung lũng Silicon đang đổ vào cơn sốt vàng này như thác lũ. Ayar Labs, người tiên phong về quang I/O, đã huy động được 500 triệu USD (khoảng 78 tỷ yên) trong vòng gọi vốn Series E vào tháng 3 năm 2026, đưa định giá lên khoảng 3,75 tỷ USD (khoảng 580 tỷ yên). Trong số các nhà đầu tư, ngoài các công ty đầu tư doanh nghiệp của NVIDIA và AMD, còn có quỹ thuộc hệ thống Sequoia, Insight Partners, ARK Invest, Cơ quan Đầu tư Qatar, v.v.; và trong số những người ủng hộ từ giai đoạn đầu thành lập có Playground Global, một quỹ VC deep-tech nổi tiếng. Lightmatter trong lĩnh vực điện toán quang tử đã huy động 400 triệu USD (khoảng 62 tỷ yên), đạt định giá 4,4 tỷ USD (khoảng 680 tỷ yên), và trình làng bộ interposer quang "Passage". Còn với Celestial AI, Marvell đã mua lại với giá khoảng 3,25 tỷ USD (khoảng 500 tỷ yên, tối đa 5,5 tỷ USD = khoảng 850 tỷ yên nếu đạt các điều kiện về hiệu quả kinh doanh) trước khi công ty này kịp lên sàn với tư cách doanh nghiệp độc lập. Vào tháng 2 năm 2026, Mesh Optical Technologies đã huy động được 50 triệu USD (khoảng 7,8 tỷ yên) do Thrive Capital dẫn dắt, nhưng luận điểm đầu tư của họ rõ ràng là "sản xuất hàng loạt các liên kết quang made-in-USA (American-made)".
Nhìn bao quát những động thái này, có thể thấy lờ mờ thế giới quan của giới VC Thung lũng Silicon. Thứ nhất, họ đã quyết tâm với niềm tin rằng "Copper is dead (Đồng đã chết)". Đó là niềm xác tín rằng chừng nào AI còn phát triển thì việc chuyển sang quang là điều không thể tránh khỏi. Thứ hai, trọng tâm đầu tư đã chuyển dịch rõ rệt từ "các startup thiên về nghiên cứu" sang "các doanh nghiệp có lộ trình sản xuất hàng loạt thực tế". Thứ ba, tư duy biến địa chính trị thành giá trị — "China-free", "American-made" — đã trở thành một yếu tố trong quyết định đầu tư. Và thứ tư, đây mới là điểm mang tính quyết định đối với Nhật Bản: giá trị mà các VC đang tranh giành nhau khốc liệt nhất thực ra lại nằm ở "những huyệt đạo thượng nguồn" như nguồn sáng (laser), đế (substrate), đóng gói (implementation) và kiểm tra (inspection). Cả Ayar Labs lẫn Lightmatter, rốt cuộc đều buộc phải dựa vào các vật liệu và thiết bị của Nhật Bản hoặc các nước lân cận cho nguồn sáng, đế và khâu kiểm tra của họ. Việc Nikkei xTECH viết rằng "Nhật Bản có thế mạnh về nguồn sáng" và một chuyên gia thực tiễn mô tả đó là "con đường thắng mang tính cấu trúc: nắm giữ linh kiện quan trọng nhất chứ không phải thành phẩm trong hạ tầng AI" chính là đang ám chỉ cấu trúc này. Nói cách khác, điểm yếu của Nhật Bản là "khoảng trống về nhà sản xuất hàng loạt" và "việc chưa nắm được quyền quyết định trong thiết kế và đóng gói"; và việc liệu NTT hay Rapidus có lấp được khoảng trống đó hay không sẽ là ranh giới phân định liệu Nhật Bản có thể thăng cấp từ "kẻ bán linh kiện" lên "nhân vật chính của khâu đóng gói" hay không.
Tin tức từ các báo, các cơ quan và dòng thời gian sắp tới
Hoạt động đưa tin về hợp nhất quang-điện (quang điện tử) đã nóng lên nhanh chóng kể từ khi bước sang năm 2026. Nikkei Tech Foresight và Nikkei xTECH đã liên tục triển khai các bài đặc biệt như "Bản đồ ngành hợp nhất quang-điện: vị thế của 37 công ty", "Ngành công nghiệp mang dáng dấp bong bóng, Nhật Bản có thế mạnh về nguồn sáng", "Vật liệu thế hệ tiếp theo nằm ở Trung Quốc", phác họa tỉ mỉ bức tranh toàn cảnh của ngành cũng như điểm mạnh và điểm yếu của Nhật Bản. Trong báo cáo đề ngày 31 tháng 3 năm 2026, Phòng Khảo sát Công nghiệp của Ngân hàng Mizuho lập luận rằng "con đường chiến thắng nằm ở thế chân vạc (tam vị nhất thể), xây dựng trung tâm dữ liệu (DC) tiên tiến và khai phá dịch vụ chỉ có ở hợp nhất quang-điện", còn Toyo Keizai Online đặt câu hỏi liệu NTT có thể "khẳng định sự hiện diện với tư cách nhà sản xuất thiết bị bằng công nghệ 'quang' — thế mạnh lớn nhất của mình" hay không. Tại các hội nghị học thuật quốc tế, hợp nhất quang-điện cũng là nhân vật chính: tại OFC 2026 được tổ chức ở Los Angeles, Mỹ vào tháng 3 năm 2026, các kỹ sư của OpenAI và Samsung Electronics đã lên phát biểu, và các gian trưng bày chiplet quang học đã làm hội trường sôi động. Trong các phân tích về mã cổ phiếu liên quan của các công ty chứng khoán, Sumitomo Electric và Furukawa Electric được xếp vào nhóm "có độ chắc chắn cao, gia tăng lợi nhuận một cách vững vàng nhờ hệ thống đi dây quang học cho trung tâm dữ liệu AI", còn Hamamatsu Photonics, Advantest và Lasertec được định vị là "những bậc thầy thầm lặng" kiếm tiền từ khâu sản xuất, kiểm tra và đóng gói bán dẫn quang học.
Cần lưu ý rằng các dự báo về quy mô thị trường có sự chênh lệch lớn về con số giữa các tổ chức nghiên cứu. Trong khi Nikkei đưa tin rằng các linh kiện chủ chốt của hợp nhất quang-điện sẽ trở thành thị trường khoảng 8 nghìn tỷ yên vào năm 2035 (gấp 8 lần so với năm 2025), thì IDTechEx cho rằng thị trường toàn cầu của mạch tích hợp quang học (PIC) sẽ đạt 54,5 tỷ USD (khoảng 8,56 nghìn tỷ yên) vào năm 2035, còn Ngân hàng Mizuho ước tính thị trường toàn cầu của thiết bị hợp nhất quang-điện vào năm 2035 là 1,8 nghìn tỷ yên. Vì con số có thể chênh nhau cả bậc tùy thuộc vào "lấy gì làm mẫu số để đếm", nên cách khôn ngoan là không tin mù quáng vào một con số cụ thể mà nắm bắt theo một khoảng dao động.
Đối với các diễn biến sắp tới, nên "đo lường" theo dòng thời gian đại thể như sau. Năm 2026 là năm phát pháo lệnh cho quá trình công nghiệp hóa, khi nhiều sự kiện trùng nhau: việc thương mại hóa PEC-2 của NTT, xuất xưởng Quantum-X (nửa đầu năm) và Spectrum-X (nửa cuối năm) của NVIDIA, sản xuất hàng loạt COUPE của TSMC, khởi động dây chuyền thí điểm khâu sau (back-end) của Rapidus (tháng 4), và bắt đầu sản xuất hàng loạt mô-đun quang học 1,6 terabit. Năm 2027 dự kiến sẽ có sự khởi đầu sản xuất hàng loạt tiến trình 2nm của Rapidus, làn sóng sản phẩm CPO ở cấp độ bán dẫn, và giai đoạn tiếp theo của IOWN Global Forum. Năm 2028 là cột mốc đạt đỉnh của việc sản xuất hàng loạt khâu sau qua nhiều thế hệ của Rapidus, hoàn thành cơ sở Chitose của LSTC do NEDO lựa chọn, mẫu thương mại PEC-3 của NTT, và mở rộng sản xuất của Sumitomo Electric cùng Furukawa Electric. Vào khoảng năm 2030, trọng tâm sẽ là hiện thực hóa IOWN/6G và sự lan tỏa của các vật liệu thế hệ tiếp theo do Trung Quốc dẫn dắt như TFLN sang CPO, và vào khoảng năm 2032, giai đoạn cuối cùng là quang hóa bên trong chip (giảm mức tiêu thụ điện năng xuống 1/100) sẽ lọt vào tầm nhìn. Về các điểm quan sát cụ thể, có thể kể đến: tỷ trọng doanh thu của mảng kinh doanh quang học và trung tâm dữ liệu trong báo cáo tài chính của từng công ty, xu hướng cung-cầu của đế InP, tiến độ xây dựng các cơ sở của NEDO, cùng các công bố tại những hội nghị học thuật quốc tế như OFC, ECOC và ECTC.
Kết luận――"Không nắm sản phẩm hoàn chỉnh, mà nắm yếu huyệt": con đường chiến thắng của Nhật Bản
Sự hội tụ quang-điện tử (光電融合) là giải pháp thực tế nhất hiện nay để phá vỡ "bức tường điện năng" mà AI đang vấp phải. Chính vì vậy mà nó là nền tảng của hạ tầng cho thời đại AI, và cũng chính vì vậy mà nó được xếp vào hạng mục quan trọng nhất của an ninh kinh tế. Trong bức tranh lớn này, vị thế của Nhật Bản mang tính nghịch lý. Ở các sản phẩm hoàn thiện như switch (bộ chuyển mạch) và GPU, cũng như ở quyền chủ đạo về thiết kế và sản xuất hàng loạt, Nhật Bản đang thua kém các gã khổng lồ của Mỹ và Đài Loan. Thế nhưng, ở thượng nguồn, Nhật Bản lại nắm giữ rất nhiều "huyệt đạo" mà không ai có thể thay thế trong một sớm một chiều: indium phosphide (InP) — nền tảng cho nguồn sáng laser (Sumitomo Electric), laser dành cho CPO (Furukawa Electric), đầu nối quang đa lõi và ferrule (Japan Aviation Electronics, Hirose Electric), cũng như thiết bị gia công vi mô và kiểm tra (DISCO, Advantest).
Tổng kết theo góc nhìn của một quỹ đầu tư mạo hiểm (VC) ở Thung lũng Silicon, đây là cục diện: "Dù không giành được nền tảng (platform), thì cuốc và xẻng (pick & shovel) vẫn thuộc về Nhật Bản." Trong cơn sốt vàng, người kiếm được nhiều tiền chắc chắn nhất không phải là kẻ đào vàng, mà là kẻ bán cuốc và quần jeans — điển tích ấy hoàn toàn đúng với cơn sốt vàng thời hiện đại mang tên hạ tầng AI. Khi NVIDIA hay Broadcom xây dựng khối tài sản khổng lồ bằng ánh sáng, thì rốt cuộc, kẻ tạo ra ánh sáng ấy, kết nối nó, mài giũa nó và kiểm tra nó lại chính là các nhà sản xuất linh kiện và thiết bị của Nhật Bản.
Tuy nhiên, con đường chiến thắng này đi kèm với những rủi ro rõ ràng. Thứ nhất là "khoảng trống của nhà sản xuất hàng loạt" — dù mạnh ở linh kiện thượng nguồn, Nhật Bản lại thiếu vắng những tay chơi sản phẩm hoàn thiện có thể tập hợp chúng lại và sản xuất hàng loạt ở quy mô toàn cầu. Câu hỏi đặt ra là liệu NTT và Rapidus có lấp được khoảng trống này hay không. Thứ hai là rủi ro thượng nguồn về vật liệu và vật liệu thế hệ mới như InP và TFLN — tùy thuộc vào địa chính trị, ngay cả thế mạnh của Nhật Bản cũng có thể bị cuốn vào tình trạng hạn chế nguồn cung. Thứ ba là điểm yếu mang tính cấu trúc: không nắm được quyền quyết định về thiết kế và triển khai. Trên cơ sở những điều này, giai đoạn từ năm 2026 đến 2028 chính là thời khắc quyết định xem liệu Nhật Bản có thể bước lên một nấc, từ "nhà cung cấp linh kiện hậu trường" trở thành "nhân vật chính của khâu triển khai" hay không. Việc thương mại hóa PEC-2 của NTT, chiến lược công đoạn hậu kỳ (hậu xử lý) của Rapidus, và cứ điểm hội tụ quang-điện tử của NEDO・LSTC tập trung tại Chitose — khi cả ba mảnh ghép này khớp với nhau, điều đặt cược chính là liệu Nhật Bản có thể tiến hóa từ "quốc gia nắm huyệt đạo" thành "quốc gia định đoạt dòng chảy" trong thành trì cốt lõi của an ninh kinh tế mang tên hội tụ quang-điện tử hay không.