初創公司將光學超材料技術引入AI數據中心

光線彎曲物理學讓"隱形斗篷"成為可能，現在兩家初創公司希望利用這一技術突破的基礎科學來提升數據中心的帶寬并加速人工智能發展。

大約20年前，科學家們開發出了第一批能夠讓光線繞過物體從而隱藏物體的結構。這些結構由光學超材料組成——這些材料的結構比它們設計用來操控的波長更小，讓它們能夠以意想不到的方式彎曲光線。

光學斗篷的問題在哪里？"它們沒有市場，"德克薩斯州奧斯汀光子計算初創公司Neurophos的聯合創始人兼CEO帕特里克·鮑文說。例如，每個光學斗篷通常只對單一顏色的光有效，而不是對所有可見光顏色都有效，這與隱身應用的需求不符。

如今，公司們正在為斗篷背后的科學尋找更實用的用途，比如改進連接數據中心計算機的交換機，以支持AI和其他云服務。越來越多的數據中心正在尋求使用光學電路交換機，以克服傳統電子交換機和網絡的帶寬限制和功耗問題，這些傳統系統需要多次在光和電子之間轉換數據。

然而，當今的光學交換技術也有自己的缺點。華盛頓州雷德蒙德光學超表面初創公司Lumotive的CEO薩姆·海達里表示，依賴硅光子學的技術面臨能效問題，而依賴微電機系統的技術可能不太可靠。

相反，Lumotive開發了具有可調特性的超材料。該公司于3月19日首次亮相的新微芯片，表面覆蓋著使用標準芯片制造技術構建的銅結構。在這些銅特征之間是液晶元件。這些元件的結構可以通過電子編程，就像液晶顯示器一樣，來改變超材料芯片的光學特性。

這種微芯片可以精確地引導、聚焦、塑形和分束從其表面反射的光束。據Lumotive介紹，它可以實時以可編程方式執行多個光學組件的所有相同功能，且無運動部件。"沒有運動部件大大提高了可靠性，"海達里說。

"我們必須在代工廠進行大量研發工作，不僅要讓我們的設備具備功能性，還要在合適的成本和可靠性方面具備商業可行性，"海達里說。

該公司表示，其新芯片不僅能夠處理行業標準的256×256端口，還可以擴展到10,000×10,000。"我們認為這對數據中心來說是革命性的，"海達里說。Lumotive計劃在2026年底推出其首批光學交換機。

陣列技術突破

同樣，Neurophos希望其技術能夠為人工智能帶來變革。由于AI在傳統電子設備上運行時證明非常耗能，科學家們正在探索光學計算作為低功耗替代方案，通過用光而不是電子來處理數據。

然而，鮑文表示，目前正在開發的光學處理器通常體積過于龐大，無法實現與最佳現代電子處理器競爭的計算密度。Neurophos表示，它可以使用超材料構建光學調制器——光學晶體管的等效物——其尺寸是當今設計的1/10,000，并使用標準芯片制造工藝。"這完全是CMOS技術，"鮑文說。"其中沒有任何特殊材料。"

當編碼數據的激光束照射到Neurophos芯片上時，每個超材料元件的配置方式會改變反射光束，以編碼復雜AI任務的結果。"我們基本上在芯片上5×5毫米的微小區域內裝入了1,000×1,000的光學調制器陣列，"鮑文說。"如果你想用現成的硅光子學做到這一點，你的芯片將需要一平方米的尺寸。"

總的來說，鮑文聲稱Neurophos微芯片將提供比英偉達Blackwell代GPU高50倍的計算密度和50倍的能效。該公司表示，超大規模云服務提供商將在今年評估兩款即將推出的概念驗證芯片。Neurophos的目標是在2028年初推出首批系統，并在2028年中期加速生產。

Q&A

Q1：什么是光學超材料？它有什么特殊能力？

A：光學超材料是一種結構比它們設計用來操控的波長更小的材料，能夠以意想不到的方式彎曲光線。最初這種技術被用來制造"隱形斗篷"，讓光線繞過物體從而隱藏物體。現在初創公司正將這項技術應用到更實用的領域，如數據中心的光學交換和AI計算。

Q2：Lumotive的光學超材料芯片有什么優勢？

A：Lumotive開發的超材料芯片具有可調特性，表面覆蓋銅結構和液晶元件，可通過電子編程改變光學特性。該芯片能精確引導、聚焦、塑形和分束光線，無運動部件，大大提高可靠性。它能處理256×256端口并可擴展到10,000×10,000，計劃2026年底推出首批產品。

Q3：Neurophos如何用超材料技術改進AI計算？

A：Neurophos使用超材料構建光學調制器，尺寸僅為傳統設計的1/10,000。在5×5毫米芯片區域內裝入1,000×1,000光學調制器陣列，而用傳統硅光子學需要一平方米。該公司聲稱其芯片比英偉達Blackwell代GPU具有50倍計算密度和能效，計劃2028年推出產品。