2026-04-23 
Với sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo, các máy chủ AI và cụm GPU đã trở thành cơ sở hạ tầng tính toán cốt lõi của các trung tâm dữ liệu. Từ việc huấn luyện các mô hình ngôn ngữ quy mô lớn đến các dịch vụ suy luận thời gian thực, những ứng dụng này đặt ra những yêu cầu chưa từng có về hiệu năng tính toán và thông lượng dữ liệu. Ở cấp độ kiến trúc nền tảng hỗ trợ các hệ thống hiệu năng cao này, công nghệ truyền tín hiệu tốc độ cao đang phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng.
Theo các tổ chức nghiên cứu trong ngành, thị trường GPU toàn cầu đã vượt qua 40 tỷ đô la vào năm 2024, với tốc độ tăng trưởng hàng năm trên 30%. Một máy chủ đào tạo AI có thể tích hợp 8 GPU hiệu suất cao trở lên, tạo thành một cụm tính toán thống nhất thông qua kết nối tốc độ cao. Kiến trúc tính toán mật độ cao như vậy đặt ra những yêu cầu cực kỳ khắt khe đối với băng thông truyền dữ liệu và chất lượng tín hiệu bên trong máy chủ.
Trong khi đó, các hệ thống lưu trữ cũng đang trải qua quá trình chuyển đổi. Các giải pháp lưu trữ SATA và SAS truyền thống không còn đáp ứng được nhu cầu của các tác vụ AI, và các ổ SSD tốc độ cao dựa trên giao thức NVMe đang trở thành xu hướng chủ đạo. Thế hệ mới CXL (Kết nối tính toán tốc độ cao) Công nghệ này tiếp tục nâng cao khả năng mở rộng bộ nhớ và hội tụ lưu trữ, cho phép GPU và CPU truy cập vào các tài nguyên bộ nhớ và lưu trữ từ xa theo cách đảm bảo tính nhất quán bộ đệm.
Là tiêu chuẩn chủ đạo cho việc kết nối các thiết bị bên trong máy chủ, PCI Express (PCIe) đã phát triển lên thế hệ thứ 5 và đạt đến độ chín muồi. PCIe 5.0 nâng tốc độ truyền tải trên mỗi làn từ 16GT/s (PCIe 4.0) lên 32 GT/s, giúp tăng gấp đôi băng thông trên mỗi làn. Đối với các card đồ họa hoặc bộ điều hợp mạng ở cấu hình x16, băng thông hai chiều lý thuyết có thể đạt tới 128 GB/giây.
Tuy nhiên, tốc độ truyền tải cao hơn cũng đặt ra những thách thức kỹ thuật mới:
· Suy giảm tín hiệu: Các tín hiệu tốc độ cao bị suy hao khi truyền qua các đường dẫn trên bảng mạch in (PCB) và các đầu nối; hiện tượng suy hao càng nghiêm trọng hơn ở các tần số cao hơn. Tín hiệu PCIe 5.0 có khoảng cách truyền dẫn hiệu dụng ngắn hơn so với PCIe 4.0, đòi hỏi thiết kế đường dẫn phải chặt chẽ hơn.
· Tính toàn vẹn tín hiệu: Các tín hiệu tốc độ cao dễ bị nhiễu chéo, phản xạ và nhiễu hơn, điều này có thể gây ra lỗi truyền dữ liệu và làm giảm độ ổn định của hệ thống.
· Dư thời gian: Tốc độ truyền dữ liệu cao hơn đồng nghĩa với khoảng thời gian hẹp hơn, do đó đặt ra những yêu cầu khắt khe hơn về đồng bộ hóa đồng hồ và độ chính xác của mép tín hiệu.
Để giải quyết những thách thức trong việc truyền tín hiệu tốc độ cao, Bộ điều chỉnh thời gian công nghệ này đã ra đời. Retimer là một thiết bị tái tạo tín hiệu được đặt trong đường dẫn tín hiệu tốc độ cao, có chức năng phát hiện, phục hồi và điều chỉnh lại thời gian của các tín hiệu bị suy giảm để mở rộng khoảng cách truyền dẫn hiệu quả và cải thiện tính toàn vẹn của tín hiệu.
Khác với các bộ khuếch đại tín hiệu đơn giản (Redrivers), các bộ tái tạo tín hiệu (Retimers) thực hiện việc tái tạo tín hiệu thông qua các cơ chế sau:
· Cân bằng tín hiệu: Bù đắp sự suy giảm tần số cao và khôi phục biên độ tín hiệu.
· Phục hồi đồng hồ và dữ liệu (CDR): Trích xuất tín hiệu đồng hồ từ tín hiệu đầu vào để loại bỏ hiện tượng dao động.
· Điều chỉnh thời gian tín hiệu: Tái tạo các tín hiệu dữ liệu sạch bằng cách sử dụng tín hiệu đồng hồ đã được khôi phục.
· Tính minh bạch của giao thức: Không phân tích nội dung dữ liệu và hoàn toàn minh bạch đối với các giao thức ở lớp trên.
Trong các máy chủ AI và hệ thống lưu trữ cao cấp, chip Retimer đã trở thành thành phần quan trọng đảm bảo việc truyền tín hiệu tốc độ cao một cách đáng tin cậy. Chúng đóng vai trò không thể thiếu trong việc kết nối giữa GPU và CPU, cũng như trong các kết nối mở rộng cho ổ SSD NVMe.
CXL (Compute Express Link) là một giao thức kết nối tốc độ cao mới, dựa trên lớp vật lý PCIe 5.0 nhưng có nhiều tính năng phong phú hơn. Tiêu chuẩn CXL 2.0 hỗ trợ ba giao thức:
· CXL.io: Tương thích với các giao thức PCIe để phát hiện và cấu hình thiết bị.
· CXL.cache: Hỗ trợ tính nhất quán bộ nhớ đệm thiết bị, cho phép các thiết bị chia sẻ bộ nhớ đệm CPU.
· Bộ nhớ CXL: Hỗ trợ truy cập bộ nhớ theo ngữ nghĩa, cho phép các thiết bị truy cập trực tiếp vào bộ nhớ hệ thống.
Giá trị cốt lõi của công nghệ CXL nằm ở việc khắc phục điểm nghẽn bộ nhớ CPU trong các kiến trúc truyền thống, cho phép các bộ gia tốc như GPU và FPGA truy cập vào các kho bộ nhớ dung lượng lớn theo cách đảm bảo tính nhất quán bộ đệm. Điều này có ý nghĩa quyết định đối với việc huấn luyện AI và các ứng dụng dữ liệu lớn đòi hỏi dung lượng bộ nhớ khổng lồ.
MCIO (Giao diện I/O Mini Cool Edge) là một tiêu chuẩn kết nối nhỏ gọn, tốc độ cao, được thiết kế dành cho các ứng dụng PCIe và CXL thế hệ mới. MCIO mang lại những ưu điểm sau:
· Mật độ cao hơn: Hỗ trợ nhiều kênh tín hiệu hơn trong không gian nhỏ hơn.
· Độ toàn vẹn tín hiệu tốt hơn: Bố trí chân cắm được tối ưu hóa và thiết kế lớp chắn giúp giảm nhiễu chéo.
· Kết nối cáp: Hỗ trợ kết nối thiết bị ngoại vi qua cáp, giúp khắc phục hạn chế về không gian bên trong thùng máy.
Việc huấn luyện các mô hình AI quy mô lớn đòi hỏi sự phối hợp của hàng trăm, thậm chí hàng nghìn GPU. Kết nối tốc độ cao đảm bảo việc trao đổi dữ liệu gradient và tham số mô hình giữa các GPU với độ trễ thấp và băng thông cao. Công nghệ Retimer đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu trên các bảng mạch nối phức tạp và cáp truyền dẫn khoảng cách xa.
Các ứng dụng HPC như tính toán khoa học, mô phỏng và giải trình tự gen đặt ra yêu cầu cực kỳ cao về băng thông và dung lượng bộ nhớ. Việc mở rộng bộ nhớ CXL kết hợp với công nghệ tăng cường tín hiệu Retimer có thể tạo ra các kho bộ nhớ có dung lượng lớn và băng thông cao để tăng tốc các tác vụ tính toán.
Các máy chủ trò chơi đám mây ảo hóa nhiều phiên bản GPU trên một máy vật lý duy nhất để cung cấp dịch vụ hiển thị thời gian thực cho các người dùng khác nhau. Tốc độ truy cập bộ nhớ và lưu trữ cao là yếu tố quan trọng để đảm bảo trải nghiệm chơi game có độ trễ thấp.
Các giải pháp lưu trữ định nghĩa bằng phần mềm (SDS) dựa trên máy chủ tiêu chuẩn cần kết nối một số lượng lớn ổ SSD NVMe. Các thẻ mở rộng PCIe 5.0 Retimer cho phép mở rộng ổ SSD với mật độ cao để xây dựng các nhóm lưu trữ hiệu suất cao.
Trước những yêu cầu ngày càng phức tạp về kết nối tốc độ cao, các nhà thiết kế hệ thống cần xem xét các yếu tố sau:
· Khoảng cách truyền dẫn: Đánh giá khoảng cách vật lý mà tín hiệu phải truyền qua để xác định xem có cần phải tăng cường chức năng Retimer hay không.
· Cấu hình làn đường: Chọn chế độ phân nhánh PCIe phù hợp (x16/x8/x4) dựa trên yêu cầu của thiết bị.
· Hỗ trợ giao thức: Xác nhận xem có cần hỗ trợ giao thức CXL hay không và các yêu cầu chức năng cụ thể của CXL.
· Thiết kế nhiệt: Các chip Retimer tốc độ cao có mức tiêu thụ điện năng tương đối cao và cần có các giải pháp tản nhiệt phù hợp.
· Kiểm tra tính tương thích: Đảm bảo thẻ mở rộng tương thích với bo mạch chủ, hệ điều hành và các thiết bị đích.
Sự ra đời của kỷ nguyên trí tuệ nhân tạo (AI) đang định hình lại thiết kế kiến trúc trung tâm dữ liệu. Từ truyền dẫn tốc độ cao của PCIe 5.0, tái tạo tín hiệu của công nghệ Retimer, cho đến mở rộng bộ nhớ của giao thức CXL, mỗi công nghệ đều góp phần khai phá tiềm năng tính toán của AI.
Đối với các doanh nghiệp đang lên kế hoạch xây dựng hạ tầng AI, việc nắm vững các nguyên lý và kịch bản ứng dụng của các công nghệ nền tảng này sẽ giúp đưa ra những lựa chọn công nghệ hợp lý hơn và xây dựng các nền tảng tính toán có hiệu suất cao, độ tin cậy cao.
Linkreal (LR-LINK) là một doanh nghiệp công nghệ cao cấp quốc gia chuyên về các giải pháp kết nối cho máy chủ và trung tâm dữ liệu. Danh mục sản phẩm của công ty bao gồm bộ điều hợp mạng Ethernet, thẻ mở rộng lưu trữ, giải pháp mở rộng GPU, v.v. Bắt kịp xu hướng phát triển của các công nghệ PCIe 5.0 và CXL, công ty cung cấp các giải pháp mở rộng tín hiệu tốc độ cao dành cho máy chủ AI, tính toán hiệu suất cao, lưu trữ định nghĩa bằng phần mềm (SDS) và các kịch bản ứng dụng khác.
