Khi cơn khát năng lượng của Trí tuệ nhân tạo trở thành một cuộc khủng hoảng, NTT Research đặt cược vào Ánh sáng

Sự chuyển đổi lãnh đạo tại Phòng thí nghiệm Vật lý và Tin học của NTT Research được công bố ngày 15 tháng 4 năm 2026, đến vào một thời điểm quan trọng – khi trường hợp của máy tính quang học chưa bao giờ cấp thiết hơn.

NTT Research – bộ phận nghiên cứu của tập đoàn viễn thông Nhật Bản NTT có trụ sở tại Thung lũng Silicon – đã công bố rằng Tiến sĩ Tetsuomi Sogawa sẽ trở thành giám đốc mới của Phòng thí nghiệm Vật lý và Tin học (PHI) có hiệu lực từ ngày 1 tháng 5, thay thế giám đốc sáng lập Tiến sĩ Yoshihisa Yamamoto, người đang nghỉ hưu sau khi xây dựng phòng thí nghiệm tại Sunnyvale, California thành một trong những trung tâm nghiên cứu máy tính quang học có uy tín nhất trên thế giới.

Thông báo này được đưa ra tại Hội nghị Upgrade 2026, hội nghị nghiên cứu và đổi mới hàng năm của NTT được tổ chức từ ngày 15 đến 16 tháng 4 tại Thung lũng Silicon.

“Nghiên cứu của Phòng thí nghiệm PHI, đã đạt được động lực tốt trong bảy năm qua, về cơ bản sẽ tiếp tục theo cùng hướng từ góc độ vĩ mô. Với kinh nghiệm quản lý nghiên cứu mạnh mẽ của Tiến sĩ Sogawa, tôi hy vọng rằng nghiên cứu của Phòng thí nghiệm PHI sẽ được đẩy nhanh dưới sự lãnh đạo mới,” Tổng giám đốc và Chủ tịch NTT Research Kazu Gomi cho biết tại buổi họp báo khai mạc Upgrade 2026.

Bổ nhiệm này diễn ra khi ngành công nghiệp Trí tuệ nhân tạo đang đối mặt với một cuộc khủng hoảng năng lượng sâu sắc. Cơ quan Năng lượng Quốc tế hiện dự đoán rằng tiêu thụ điện của trung tâm dữ liệu toàn cầu sẽ vượt quá 1.000 TWh vào cuối năm 2026 – một lượng tương đương với tổng lượng điện sử dụng hàng năm của Nhật Bản.

“Trọng tâm của Phòng thí nghiệm PHI là sử dụng vật lý để – theo cách nói của người dân – thay thế nền tảng tính toán kỹ thuật số mà mọi người đều biết với các nền tảng tính toán dựa trên vật lý mới. Một trong những điều dễ nhất bạn có thể tưởng tượng là máy tính lượng tử dựa trên quang học,” Gomi thêm.

Trung tâm dữ liệu của Mỹ alone đã tiêu thụ 183 terawatt giờ điện trong năm 2024, chiếm hơn 4% tổng tiêu thụ điện của cả nước – tương đương với nhu cầu điện hàng năm của toàn bộ quốc gia Pakistan – và con số này dự kiến sẽ tăng 133% vào năm 2030.

Vào cuộc khủng hoảng này, Sogawa, một nhà khoa học đã dành hơn ba thập kỷ tại bộ phận nghiên cứu cốt lõi của NTT giúp phát triển các công nghệ quang học mà NTT tin rằng có thể phục vụ như một sự thay thế cấu trúc cho tính toán silicon tiêu tốn năng lượng.

Nhiệm vụ của ông, theo lời của Gomi, là mang “các đổi mới lượng tử quang học từ phòng thí nghiệm đến thực tế.”

Kết thúc một kỷ nguyên sáng lập

Yamamoto không phải là một giám đốc rời đi thông thường; ông đã tiên phong trong nghiên cứu về truyền thông quang học kết hợp và bộ khuếch đại repeater quang học vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980, và sau đó tiếp tục tiên phong trong việc phát triển Máy Ising Kết hợp (CIM) – một máy tính quang học chuyên dụng được thiết kế để giải quyết các vấn đề tối ưu hóa kết hợp phức tạp nổi tiếng. Sự nghiệp của ông về cơ bản theo dõi lịch sử của quang học hiện đại, và phòng thí nghiệm mà ông xây dựng phản ánh chiều sâu đó.

Beyond điều này, giám đốc rời đi được vinh danh với Huy chương Charles Hard Townes, Giải thưởng Quang điện tử Quantum của IEEE, Giải thưởng Okawa, và Huy chương Danh dự với Dải màu Tím từ Chính phủ Nhật Bản.

Kể từ năm 2019, Phòng thí nghiệm PHI đã xuất bản hơn 150 bài báo, năm trong số đó được đăng trên tạp chí Nature, một trên tạp chí Science, và 20 trên tạp chí chị em của Nature – một hồ sơ xuất bản đáng chú ý cho bất kỳ tổ chức nghiên cứu nào, ngay cả một tổ chức doanh nghiệp.

Việc chuyển giao cho Sogawa không chỉ là một động thái nhân sự – mà là một cuộc đua chuyển giao thế hệ, với chiếc búa được một tầm nhìn về tính toán được cung cấp bởi ánh sáng chứ không phải electron.

Tường năng lượng

Để hiểu tại sao việc bổ nhiệm này lại quan trọng ngoài cộng đồng nghiên cứu, điều giúp ích là nhìn vào những gì cơ sở hạ tầng Trí tuệ nhân tạo dựa trên silicon đã làm với lưới điện toàn cầu trong vài năm qua.

Đến cuối năm 2025, trung tâm dữ liệu Trí tuệ nhân tạo đã sử dụng khoảng 29,6 gigawatt năng lượng trên toàn cầu – tương đương với nhu cầu điện đỉnh của bang New York. Trong khi đó, Chỉ số Trí tuệ nhân tạo của Đại học Stanford năm 2026 cho biết khả năng tính toán Trí tuệ nhân tạo toàn cầu đã tăng khoảng 3,3 lần mỗi năm, một tốc độ đang đẩy các chính phủ và công ty công nghệ đến tìm kiếm nguồn năng lượng mới.

Theo Tech Insider, Microsoft đã ký một cam kết hạt nhân 2 GW; Amazon đã bảo đảm năng lượng mặt trời quy mô lớn tại Texas; và tuy nhiên, các nhà điều hành lưới điện Virginia – nơi có thị trường trung tâm dữ liệu lớn nhất thế giới – đã đưa ra cảnh báo công suất chính thức cho đến năm 2028, và Bắc Virginia đã cơ bản ngừng cấp phép trung tâm dữ liệu mới.

Các thiết bị phần cứng cơ bản là vấn đề cốt lõi: giữa năm 2021 và 2024, mật độ công suất trung bình của giá đỡ trung tâm dữ liệu đã tăng hơn gấp đôi. Và từ năm 2025, việc triển khai thương mại các bộ tăng tốc Trí tuệ nhân tạo như NVIDIA GB200 Superchip đã đẩy mật độ giá đỡ vượt quá 50 kW và trong một số trường hợp trên 100 kW – làm cho hệ thống làm mát bằng không khí truyền thống trở nên lỗi thời và yêu cầu chuyển sang hệ thống làm mát bằng chất lỏng tiêu tốn năng lượng.

Tất cả đều cho thấy rằng tính toán dựa trên CMOS truyền thống đang đạt đến giới hạn quy mô và đang vật lộn để đáp ứng những nhu cầu khổng lồ này theo cách bền vững về carbon, làm nổi bật sự cần thiết của phần cứng thay thế. Tuy nhiên, tính toán quang học đã xuất hiện như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn thông qua khả năng tính toán hiệu quả về năng lượng trong lĩnh vực quang học, theo các nhà nghiên cứu của Nature.

Câu hỏi là liệu quang học có thể chuyển từ các giải pháp thay thế hứa hẹn sang cơ sở hạ tầng được triển khai đủ nhanh để có ý nghĩa.

Phòng thí nghiệm PHI thực sự làm gì

Công việc của Phòng thí nghiệm PHI nằm ở giao điểm của khoa học thông tin lượng tử, khoa học thần kinh và quang học – một sự kết hợp không thường thấy phản ánh niềm tin rằng mô hình tính toán tiếp theo sẽ không giống như bất kỳ mô hình hiện tại nào.

Hai chủ đề nghiên cứu đặc biệt quan trọng đối với bản sắc và sự liên quan thương mại của phòng thí nghiệm: Máy Ising Kết hợp (CIM) và thin-film lithium niobate (TFLN).

Thay vì giải quyết vấn đề một lần như máy tính hiện tại, CIM sử dụng mạng các bộ khuếch đại quang học tham số để giải quyết mọi thứ cùng một lúc, khiến nó phù hợp với các tính toán có số lượng biến lớn – loại tính toán mà hỗ trợ việc khám phá thuốc, tối ưu hóa hậu cần và mô hình tài chính.

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng một CIM thử nghiệm đã đạt được mục tiêu chuẩn của các vấn đề tối ưu hóa phức tạp chỉ trong 70 micro giây, trong khi một CPU hiện đại nhất cần 2,1 mili giây để đạt được cùng mục tiêu – một lợi thế về tốc độ khoảng 30 lần, mà không cần một phần nhỏ của năng lượng tiêu thụ.

Mặt khác, các đặc tính phi tuyến tính của TFLN mở ra những khả năng mới, khi các hạn chế của chip silicon trở nên rõ ràng hơn: trong khi trước đây CIM chiếm toàn bộ bàn thí nghiệm, chip TFLN cho phép cấu trúc quang học của toàn bộ máy nằm trên một bộ xử lý quang học duy nhất.

Vào tháng 12 năm 2025, Phòng thí nghiệm PHI đã xuất bản kết quả chứng minh một bộ xử lý quang học được xây dựng xung quanh một sóng dẫn sóng lithium niobate cung cấp khoảng 10.000 độ tự do không gian lập trình và có thể thực hiện suy luận mạng trung tính quang học trong một lần đi.

“Thiết bị này là loại đầu tiên, cho phép chúng tôi cơ bản vẽ bất kỳ mạch quang học nào và sau đó vẽ nó trong chớp mắt,” Martin Stein, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại NTT Research, cho biết.

Một cách riêng biệt, các nhà nghiên cứu của MIT và Phòng thí nghiệm PHI đã xuất bản công việc về Netcast và kiến trúc mạng nơ-ron sâu quang học, nơi tiêu thụ năng lượng của khách hàng có thể giảm xuống ba bậc so với những gì có thể trong các chất bán dẫn kỹ thuật số hiện có.

Người cầm đuốc

Sogawa gia nhập Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Cơ bản của NTT vào năm 1991, làm việc về cấu trúc nano lượng tử bán dẫn, và dần dần thăng tiến trong tổ chức – được bổ nhiệm làm Giám đốc NTT-BRL vào năm 2013, sau đó là Giám đốc Nhóm Phòng thí nghiệm Khoa học và Công nghệ Cốt lõi của NTT vào năm 2018, chính là nơi nhiều công nghệ nền tảng của IOWN được phát triển lần đầu tiên.

IOWN – Sáng kiến Mạng Quang học và Không dây Đổi mới của NTT – là đặt cược dài hạn của công ty rằng cơ sở hạ tầng truyền thông trong tương lai sẽ là quang học, không phải điện tử. NTT cho biết, trên thực tế, nền tảng photonics IOWN của họ có thể giảm tiêu thụ năng lượng của mạng viễn thông xuống một phần trăm của mức hiện tại trong khi tăng khả năng dữ liệu và giảm độ trễ.

Hiện tại, NTT đang hợp tác với nhà sản xuất chip Broadcom và các công ty khác để thương mại hóa các công tắc hội tụ quang điện thế hệ thứ hai vào năm 2026, với một bản đồ đường dài mở rộng đến các liên kết thực tập quang học từ năm 2028 và các kết nối trong chip từ năm 2032.

Sogawa đã đóng vai trò quan trọng trong việc làm cho bản đồ đường dài này trở nên đáng tin cậy về mặt kỹ thuật, đặc biệt là thông qua công việc về các transistor quang học siêu thấp công suất sử dụng tinh thể photon. Ông cũng đang phục vụ với tư cách là giám đốc chương trình của Chương trình Đổi mới Chiến lược Tương lai Lắp ghép lần thứ ba của Nhật Bản (SIP3), nơi nhiệm vụ của ông là dịch nghiên cứu học thuật thành đổi mới được triển khai – chính là khoảng trống mà Phòng thí nghiệm PHI hiện đang dưới áp lực phải lấp đầy.

“Sự nghiệp của tôi đã được xây dựng trên niềm tin cốt lõi rằng sự đổi mới kỹ thuật thực sự có tác động bắt đầu từ một ý tưởng – một lý thuyết có thể được kiểm tra, cải thiện và kiểm tra lại theo thời gian,” Sogawa cho biết trong thông báo. Ông gọi Phòng thí nghiệm PHI là “sự thể hiện của niềm tin đó” và ghi nhận Yamamoto vì đã tập hợp và nuôi dưỡng đội ngũ một cách cẩn thận.

Động thái lớn hơn của Nhật Bản

Bổ nhiệm Sogawa cũng phù hợp với một bức tranh địa chính trị rộng lớn hơn. Nhật Bản đang thúc đẩy một chiến lược tính toán lượng tử ở nhiệt độ phòng dựa trên ánh sáng chứ không phải điện – đặt nó như một con đường đơn giản hơn, hiệu quả về năng lượng hơn trong khi Mỹ và Trung Quốc xây dựng phần cứng ngày càng phức tạp phụ thuộc vào làm mát sâu và vật liệu kỳ lạ.

NTT, hợp tác với nhà phát triển lượng tử OptQC, đang định vị các công nghệ lượng tử quang học như một con đường dẫn đến các nền tảng lượng tử thương mại có thể mở rộng mà không cần cơ sở hạ tầng nặng của các hệ thống hiện tại.

Sự sắp xếp giữa việc bổ nhiệm Sogawa, thời hạn thương mại hóa IOWN và chương trình đổi mới quốc gia của Nhật Bản không phải là trùng hợp; NTT đang định vị mình như một tiêu chuẩn toàn cầu cho một chuyển đổi tính toán mà họ tin là không thể tránh khỏi – và Phòng thí nghiệm PHI là mặt trận nghiên cứu nổi bật nhất của họ trong nỗ lực này.

Còn gì nữa?

Nhiệm vụ ngay lập tức của Sogawa là tăng cường nghiên cứu về các thiết bị quang học tuyến tính và phi tuyến tính trong khi tăng cường hợp tác trên toàn mạng lưới nghiên cứu và phát triển của NTT để đẩy nghiên cứu cơ bản đến triển khai thực tế.

Trong một kỷ nguyên mà các công ty Trí tuệ nhân tạo đang ký kết các thỏa thuận năng lượng hạt nhân chỉ để giữ cho trung tâm dữ liệu của họ hoạt động, đề xuất từ tính toán quang học – nhanh hơn, mát hơn, hiệu quả về năng lượng hơn – đã chuyển từ tò mò học thuật sang cấp bách công nghiệp thực sự.

Phòng thí nghiệm PHI dưới sự lãnh đạo của Yamamoto đã xây dựng uy tín khoa học. Dưới sự lãnh đạo của Sogawa, áp lực đang gia tăng để chuyển đổi nó thành thứ mà thế giới thực sự có thể cắm vào.