Phần lớn dữ liệu quốc tế hiện vẫn được truyền qua cáp quang biển, bất chấp sự phát triển nhanh của các dịch vụ liên lạc vệ tinh như Starlink. Theo Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), hơn 99% lưu lượng dữ liệu quốc tế toàn cầu đang đi qua hạ tầng này. Trên thế giới hiện có hơn 500 hệ thống cáp quang biển đang vận hành, với tổng chiều dài khoảng 1,4 triệu km.

Trong bối cảnh AI và điện toán đám mây mở rộng nhanh, vai trò của cáp quang biển ngày càng rõ nét. Khi các trung tâm dữ liệu AI được xây dựng tại nhiều khu vực, lưu lượng dữ liệu xuyên biên giới tăng mạnh cả về tần suất lẫn quy mô.

Cáp quang biển là mạng lưới kết nối các châu lục, vận chuyển lượng dữ liệu được tạo ra trên khắp thế giới dưới lòng biển. Khác với suy nghĩ phổ biến rằng kết nối quốc tế chủ yếu đi qua vệ tinh, hạ tầng thực sự gánh phần lớn lưu lượng toàn cầu lại nằm sâu dưới mặt nước.

Về cấu tạo, phần cốt lõi của cáp quang biển là sợi quang, tức những sợi rất mảnh làm từ thủy tinh hoặc nhựa, truyền dữ liệu bằng ánh sáng thay vì tín hiệu điện. Khi người dùng gửi dữ liệu tới máy chủ ở nước ngoài, thiết bị viễn thông sẽ chuyển tín hiệu số thành tín hiệu laser để đưa vào sợi quang. Tín hiệu ánh sáng sau đó di chuyển trong sợi, trước khi được thiết bị ở đầu bên kia chuyển đổi lại thành dữ liệu số.

Bản thân sợi quang chỉ mỏng tương đương sợi tóc. Để hoạt động dưới biển, phần lõi này được bọc bởi nhiều lớp bảo vệ như ống kim loại, vật liệu cách điện và lớp chống thấm. Tại các khu vực gần bờ, nơi rủi ro va chạm với neo tàu hoặc ngư cụ cao hơn, cáp thường được gia cường thêm bằng dây thép để tăng khả năng chịu lực.

Một sợi quang cũng không chỉ truyền một luồng dữ liệu duy nhất. Các tuyến cáp biển hiện sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM), cho phép truyền đồng thời nhiều luồng dữ liệu trên các bước sóng ánh sáng khác nhau. Có thể hình dung cách làm này như mở rộng một con đường thành nhiều làn xe để tăng lưu lượng lưu thông. Gần đây, các nhà khai thác cũng tăng số cặp sợi quang trên mỗi tuyến, đồng thời mở rộng số bước sóng nhằm nâng tổng dung lượng truyền tải trên cùng một hệ thống.

Thách thức lớn của cáp quang biển là tín hiệu quang suy hao theo khoảng cách. Với các tuyến dài trên 10.000 km, như tuyến kết nối Hàn Quốc và Mỹ, gần như không thể duy trì nguyên trạng tín hiệu ban đầu tới đầu bên kia. Để khắc phục, các bộ khuếch đại quang được lắp đặt theo những khoảng cách nhất định dọc tuyến cáp, giúp tăng cường tín hiệu bị suy giảm trong quá trình truyền dẫn.

Các bộ khuếch đại này hoạt động nối tiếp nhau, liên tục phục hồi tín hiệu và chuyển tiếp sang đoạn kế tiếp, qua đó giúp dữ liệu vượt đại dương. Nguồn điện để vận hành thiết bị không được cấp riêng dưới đáy biển mà truyền từ đất liền qua lõi dẫn điện tích hợp trong cáp.

Sau khi cập bờ, dữ liệu không đi thẳng tới smartphone hay PC mà phải qua trạm cập bờ (Cable Landing Station) – điểm kết nối giữa cáp biển và mạng viễn thông trên đất liền. Đây là cửa ngõ trung chuyển giữa mạng dưới biển và hạ tầng viễn thông trong nước.

Tại đây, tín hiệu quang từ nước ngoài sẽ được đưa vào mạng backbone nội địa của nhà mạng. Ở chiều ngược lại, dữ liệu phát sinh trong nước cũng đi qua trạm cập bờ trước khi được đưa lên tuyến cáp biển để truyền ra nước ngoài.

Ví dụ, khi một người dùng trong nước nhập câu hỏi vào dịch vụ AI đặt tại trung tâm dữ liệu ở Mỹ, dữ liệu trước hết đi qua mạng di động hoặc Internet cố định, sau đó vào backbone trong nước rồi tới trạm cập bờ. Từ đây, dữ liệu tiếp tục theo cáp biển đến trạm cập bờ ở Mỹ trước khi được chuyển vào mạng viễn thông sở tại. Trên màn hình, toàn bộ quá trình có thể chỉ mất vài giây, nhưng phía sau là một chuỗi truyền dẫn kéo dài qua nhiều lớp hạ tầng và hàng nghìn km cáp biển.

Việc triển khai cáp quang biển bắt đầu từ khảo sát môi trường dưới biển. Các bên liên quan phải phân tích địa hình đáy biển, độ sâu, điều kiện địa chất, nguy cơ động đất, hoạt động đánh bắt và mật độ tàu thuyền để xác định lộ trình phù hợp.

Sau đó, tàu chuyên dụng chở hàng nghìn km cáp sẽ di chuyển theo tuyến đã định để thả cáp xuống biển. Ở vùng nước sâu, cáp thường được đặt trực tiếp trên đáy biển; trong khi tại khu vực gần bờ, cáp có thể được chôn dưới đáy để giảm nguy cơ đứt do neo tàu hoặc tàu cá.

Khi xảy ra sự cố, tàu sửa chữa chuyên dụng sẽ được điều động. Vị trí lỗi trước hết được ước tính thông qua thiết bị viễn thông, sau đó cáp được kéo từ đáy biển lên mặt nước để xử lý. Phần hư hỏng sẽ bị cắt bỏ, nối bằng đoạn cáp mới, kiểm tra lại tín hiệu quang rồi mới thả trở lại xuống biển.

Công việc này trở nên khó khăn hơn nhiều nếu điểm sự cố nằm ở độ sâu vài nghìn mét hoặc gặp thời tiết xấu. Ngoài ra, khi sửa chữa trong vùng biển thuộc phạm vi quản lý của nhiều quốc gia, tàu sửa chữa còn phải đáp ứng các yêu cầu về giấy phép liên quan.

Vì vậy, với doanh nghiệp khai thác cáp quang biển, năng lực chuyển hướng lưu lượng sang tuyến khác khi có sự cố là yếu tố đặc biệt quan trọng. Càng sở hữu nhiều tuyến cáp với lộ trình khác nhau, nguy cơ một sự cố đơn lẻ làm suy giảm chất lượng toàn mạng càng thấp.

Tại Hàn Quốc, đầu tư vào cáp quang biển vẫn tiếp tục gia tăng để đáp ứng đà tăng của lưu lượng dữ liệu quốc tế. SK Broadband là một trong những ví dụ tiêu biểu.

Tháng 7 năm ngoái, doanh nghiệp bắt đầu cung cấp thương mại tuyến Southeast Asia-Japan Cable 2 (SJC2), kết nối 10 điểm tại 7 quốc gia ở châu Á, với tổng chiều dài 10.500 km. Tại Hàn Quốc, SK Broadband là đơn vị tham gia duy nhất. Tuyến cáp này có dung lượng xử lý dữ liệu 9 terabit mỗi giây, tương đương truyền tải 281 bộ phim Full HD mỗi giây.

Không chỉ ở châu Á, các dự án cáp xuyên Thái Bình Dương cũng đang được xúc tiến. Tháng 3 năm ngoái, SK Broadband tham gia liên minh xây dựng tuyến cáp biển E2A, kết nối Hàn Quốc, Mỹ, Nhật Bản và Đài Loan.

E2A có tổng chiều dài khoảng 12.500 km, kết nối các đầu mối hạ tầng số lớn tại châu Á và Mỹ như Busan của Hàn Quốc, Maruyama thuộc tỉnh Chiba của Nhật Bản, Toucheng thuộc huyện Yilan của Đài Loan và Morro Bay, bang California của Mỹ.

Mối quan tâm ngày càng lớn dành cho cáp quang biển gắn liền với xu hướng mở rộng trung tâm dữ liệu AI. Khi các máy chủ phục vụ huấn luyện và suy luận mô hình AI được phân tán tại nhiều trung tâm dữ liệu trên toàn cầu, nhu cầu đối với mạng truyền dẫn dung lượng lớn ngày càng nổi bật.

Ngay cả khi nhiều trung tâm dữ liệu mới được xây dựng tại các quốc gia khác nhau, việc trao đổi dữ liệu vẫn khó diễn ra trơn tru nếu hạ tầng kết nối quốc tế không theo kịp. Với các dịch vụ AI, lượng dữ liệu huấn luyện và mô hình thường phải di chuyển giữa nhiều trung tâm dữ liệu ở các khu vực khác nhau, hoặc yêu cầu của người dùng phải được chuyển tới tài nguyên tính toán ở nước ngoài. Vì thế, dung lượng và độ ổn định của mạng kết nối ngày càng quan trọng, không kém năng lực tính toán của chính trung tâm dữ liệu.

Vệ tinh có lợi thế trong việc nhanh chóng phủ kết nối trên phạm vi rộng. Trong khi đó, cáp quang biển vượt trội ở khả năng truyền tải lượng dữ liệu lớn một cách liên tục và ổn định. Với các nhà mạng, đây đang trở thành hạ tầng nền tảng để kết nối các mảng trung tâm dữ liệu, điện toán đám mây và dịch vụ kênh thuê riêng cho doanh nghiệp.

Tuy nhiên, khi mức độ phụ thuộc vào cáp quang biển tăng lên, yêu cầu bảo đảm ổn định vận hành cũng trở nên lớn hơn. Năng lực sở hữu tàu chuyên dụng, đội ngũ kỹ thuật để sửa chữa nhanh, cùng cơ chế phối hợp khôi phục giữa các quốc gia, ngày càng quan trọng. Bên cạnh việc mở rộng dung lượng, tính đa dạng tuyến và mức độ dự phòng của mạng cáp biển cũng trở thành thước đo năng lực cạnh tranh của nhà khai thác.

Khác với các trạm thu phát hay trung tâm dữ liệu có thể dễ dàng nhìn thấy, cáp quang biển gần như vô hình trong đời sống hàng ngày. Dù vậy, trong kỷ nguyên AI và điện toán đám mây, phần lớn lưu lượng truyền thông dung lượng lớn kết nối các quốc gia và trung tâm dữ liệu trên thế giới vẫn đang được gánh bởi những sợi quang nằm sâu dưới biển.

Khi lượng dữ liệu tiếp tục tăng, vai trò của “xa lộ dưới biển” này được dự báo sẽ còn lớn hơn nữa.