Kỷ lục mới trong truyền tải internet

Những thách thức lớn

Trong thế giới số, internet từ lâu đã trở thành một hạ tầng quan trọng. Các luồng dữ liệu khổng lồ đang chảy không ngừng nghỉ khắp toàn cầu. Đối với các công nghệ của tương lai như trí tuệ nhân tạo (AI), thực tế ảo (VR) và nhiều thứ khác, kết nối internet tốc độ cao là nền tảng không thể thiếu. Có một chân lý không thể lay chuyển đó là: “số hóa không thể không có internet”. Tuy nhiên, các ứng dụng như thực tế ảo và nội dung 8K yêu cầu khối lượng dữ liệu ngày càng lớn, nhưng đồng thời yêu cầu độ trễ ngày càng thấp. Chẳng hạn, độ trễ đối với các ứng dụng thực tế ảo nằm trong phạm vi 20 mili giây, trong khi cái chớp mắt của chúng ta khoảng 150 mili giây. Nhưng dù có tiến bộ đến đâu thì sự phát triển của công nghệ cũng không thể nằm ngoài các giới hạn của các định luật vật lý. Nhà bác học thiên tài Albert Einstein đã từng tuyên bố “không có gì trong vũ trụ có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng”, và điều đó cũng có nghĩa là dữ liệu cũng như vậy. Tuy nhiên, tốc độ khổng lồ 300.000 km/giây vẫn sẽ là quá chậm để lưu trữ nội dung VR ở Hoa Kỳ và phát nó ở Đức mà không gặp phải sự cố.

Khi thị trường lưu lượng ngày càng mở rộng thì tốc độ đóng vai trò sống còn.

Đầu tư mạnh về cơ sở hạ tầng khắp nơi trên thế giới nhằm chiếm lĩnh thị trường internet thì một trong những chìa khóa là cải thiện và phát triển tốc độ truy cập. Đối với một thế giới kết nối ngày nay, khi thị trường lưu lượng ngày càng mở rộng thì tốc độ đóng vai trò sống còn đảm bảo một thế giới vận hành nhịp nhàng và đồng bộ. Một thách thức lớn đặt ra là: internet sẽ phát triển như thế nào để theo kịp đổi mới số?

Chúng ta không thể hình dung sự khác biệt vô cùng lớn là sự phát triển của internet và dữ liệu khi so sánh một trung tâm dữ liệu của năm 1998 và một trung tâm dữ liệu ngày nay. Hay như sự biến mất của cáp đồng mà thay thế là cáp quang đã thống trị thị trường truyền dẫn.

Hiện tại, tại các trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới đang chứng kiến cách tiếp cận mở rộng quy mô, có nghĩa là cơ sở hạ tầng hiện tại có thể được mở rộng theo chiều ngang để theo kịp yêu cầu ngày càng tăng của việc truyền tải dữ liệu. Để tối ưu hóa không gian sử dụng, các trung tâm dữ liệu luôn tăng cường tích hợp công nghệ truyền dẫn cũng như tăng tốc tự động hóa thông qua các robot có thể làm việc trong không gian cực kỳ hạn chế. Các trung tâm dữ liệu được thiết kế như một phòng sạch, trong đó, việc liên lạc không còn diễn ra thông qua cáp quang mà thay vào đó là các xung ánh sáng được phản chiếu trên trần nhà.

Để phát triển các công nghệ truyền dẫn dữ liệu mới nhằm tăng tốc độ truyền và bảo mật thông tin, các nhà khoa học trên khắp thế giới cũng đã và đang tập trung nghiên cứu những công nghệ và kỹ thuật mới trong việc thiết lập kết nối dữ liệu. Năm 2017, các nhà nghiên cứu ở Áo và Trung Quốc đã thành công trong việc thiết lập kết nối dữ liệu được mã hóa lượng tử. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ cho phép tăng cường tính bảo mật thông qua các khóa mã hóa trao đổi qua vệ tinh, trong khi lưu lượng dữ liệu vẫn được truyền qua hệ thống cáp truyền thống.

Nhưng chúng ta đang chứng kiến những tiến bộ to lớn trong công nghệ truyền dẫn - ví dụ, các cổng 400GE được sử dụng tại DE-CIX đã trở thành tiêu chuẩn vàng mới cho khách hàng có nhu cầu băng thông rộng tương xứng. Nhưng những tiến bộ không dừng ở đó, trong tương lai không xa nữa con số này sẽ là 1.000GE. Vì vậy, có thể nói rằng nền tảng của công nghệ truyền dẫn đang trải qua một sự phát triển mạnh mẽ hơn bao giờ hết.

Bứt phá ngoạn mục
Tạo ra những cú bứt ngoạn mục trong phát triển tốc độ truyền internet đang được nhiều trung tâm nghiên cứu và phát triển thuộc các trường đại học, viện nghiên cứu và những ông lớn công nghệ trên toàn thế giới tập trung nghiên cứu. Tốc độ truyền ngày càng được nâng cao, tuy nhiên, vẫn chưa thể đáp ứng được sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Một tin vui đã đến, mới đây, các nhà nghiên cứu từ các trường đại học Monash, Swinburne và RMIT (Úc) đã phát triển một công nghệ kết nối internet đạt tới 44,2 terabyte trên giây (Tbps), nhanh hơn 4 triệu lần so với kết nối thông thường (tốc độ trung bình 11Mbps). Đây là tốc độ có thể giúp truyền dữ liệu tương đương với 50 đĩa Blu-ray Ultra HD dung lượng 100 GB, hỗ trợ 1.000 bộ phim chất lượng HD và 4K chỉ trong 1 giây. Thành quả công nghệ đột phá này được công bố trên tạp chí uy tín Nature Communications ngày 22/5/2020.

Trước những áp lực đang đặt lên cơ sở hạ tầng internet của thế giới, nhóm nghiên cứu do TS Bill Corcoran (Đại học Monash), GS Arnan Mitchell (RMIT) và GS David Moss (Đại học Swinburne) đã nghiên cứu về tốc độ truyền tải internet từ một nguồn sáng duy nhất, nhưng có thể đạt được tốc độ dữ liệu 44,2 Tbps. Họ đã sử dụng một thiết bị quang học gọi là micro-comb. Chíp Micro-comb được thiết kế nhỏ gọn (5x9 mm) nhưng có thể thay thế chùm 80 laser tiêu chuẩn được sử dụng trong thiết bị viễn thông hiện đại. Theo các nhà khoa học, chip này sẽ làm nhiệm vụ phân chia tín hiệu quang thành nhiều phần để cung cấp tốc độ nhanh hơn.

Chip micro-comb (nguồn: Đại học Monash)

Công nghệ này có khả năng hỗ trợ kết nối internet tốc độ cao cùng lúc của 1,8 triệu hộ gia đình tại Melbourne (Úc) và hàng tỷ người trên khắp thế giới trong thời kỳ cao điểm. Điều thú vị là trong nghiên cứu này các nhà khoa học không chỉ giới hạn thực nghiệm trong phòng thí nghiệm mà còn đi xa hơn thế. Thực tế, họ đã đạt được những tốc độ nhanh chóng này bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng truyền thông hiện có, nơi họ có thể kiểm tra truyền tải mạng một cách hiệu quả. Để chứng minh hiệu quả của các tổ hợp quang học tác động lên việc tối ưu hóa các hệ thống thông tin liên lạc, các nhà nghiên cứu đã lắp đặt 76,6 km sợi quang kết nối giữa Đại học Melbourne và Đại học Monash. Chip mới đã được nhóm nghiên cứu gắn vào hệ thống cáp quang trên, sau đó gửi dữ liệu tối đa lên mỗi kênh. Kết quả, tốc độ truyền tải mạng đo được đạt 44,2 Tbps, phá kỷ lục trước đó là 26,2 Tbps.

Sơ đồ thực nghiệm truyền dẫn micro-comb tinh thể Soliton tạo kỷ lục tốc độ kết nối internet đạt tới 44,2 Tbps (nguồn: Nature).

Thành quả này được xem là bước đột phá, kết nối tốc độ internet siêu cao sẽ tạo nền tảng quan trọng trong việc xây dựng một thế giới internet vạn vật (IoT) và phát triển điện toán đám mây. Điểm đặc biệt của công nghệ mới là tính tương thích khi nó có thể được gắn lên hệ thống cáp quang hiện nay, cho phép nâng cấp tốc độ internet mà không cần phải tốn chi phí và công sức để nâng cấp, sửa chữa. Nghiên cứu này cũng sẽ tạo nên cú hích mới trong nhiều lĩnh vực đang chuyển sang hoạt động trên môi trường mạng như: thương mại điện tử, giải trí, thành phố thông minh…

Theo Đức Minh (tổng hợp từ: https://www.nature.com/articles/s41467-020-16265-x, ngày 22/5/2020)