初創企業將光學超材料引入AI數據中心

能讓光線發生彎折的物理學，曾讓“隱形斗篷”成為可能。如今，兩家初創企業希望借助這項技術背后的科學原理，提升數據中心帶寬并加速人工智能運算。

大約20年前，科學家研發出首批可讓光線繞過物體、從而實現隱形的結構。這些結構由光學超材料構成 —— 這類材料的內部結構小于其所要操控的光波波長，因此能以非常規方式彎折光線。

但光學隱形斗篷存在一個問題：“它沒有市場。”得克薩斯州奧斯汀市光子計算初創公司Neurophos聯合創始人兼首席執行官Patrick Bowen表示。例如，這類光學隱形裝置通常只對單一波長的光有效，而非隱身應用所期望的全可見光波段。

如今，企業正為隱形斗篷背后的科學原理開發更具實用價值的應用，例如改進數據中心內用于AI及其他云服務的計算機連接交換機。數據中心正越來越多地采用光電路交換機，以突破傳統電子交換機與網絡的帶寬瓶頸，并降低功耗 —— 傳統方案需要在光信號與電信號之間進行多次轉換。

然而，如今的光交換技術本身也存在缺陷。華盛頓州雷德蒙德市超表面光學初創公司Lumotive首席執行官Sam Heidari表示，例如基于硅光子學的方案存在能效問題，而依賴微機電系統（MEMS） 的技術則可靠性不佳。

對此，Lumotive研發出了特性可調的超材料。該公司于3月19日推出的新型微芯片，表面布滿采用標準芯片工藝制造的銅質結構；這些銅結構之間填充了液晶元件。與液晶顯示器（LCD）類似，這些元件的結構可通過電信號編程控制，從而改變超材料芯片的光學特性。

這款微芯片能夠對從其表面反射的光束進行精準控制、聚焦、整形與分光。據Lumotive介紹，它可以實時可編程地實現多種光學元件的全部功能，且不含任何活動部件。“無活動部件極大地提升了可靠性。”Heidari表示。

“我們在代工廠進行了大量研發工作，不僅要讓器件實現功能，還要在成本與可靠性上達到商業化可行的標準。”Heidari說。

該公司表示，其新型芯片不僅能支持行業標準的256×256端口，還可擴展至10000×10000端口。“我們認為這將徹底改變數據中心格局。”Heidari稱。Lumotive計劃在2026年底推出首款光交換機產品。

同樣，Neurophos也希望其技術能為人工智能帶來顛覆性變革。由于在傳統電子器件上運行AI能耗極高，科學家們正探索以光學計算作為低功耗替代方案 —— 用光而非電子來處理數據。

但Bowen表示，目前在研的光學處理器通常體積過于龐大，計算密度難以與當今最先進的電子處理器競爭。Neurophos稱，該公司可利用超材料制造光調制器（光學領域的晶體管等效器件），其尺寸僅為現有方案的萬分之一，且采用標準芯片制造工藝。“這完全基于CMOS工藝，”Bowen說，“不使用任何特殊材料。”

當攜帶數據編碼的激光照射到Neurophos芯片上時，每個超材料單元的配置會改變反射光束，從而完成復雜AI任務的結果編碼。“我們在一塊僅5×5毫米的微小芯片區域上，集成了1000×1000陣列的光調制器。”Bowen說，“如果用現成的硅光子技術實現同等規模，芯片面積會達到1平方米。”

Bowen宣稱，總體而言，Neurophos這款微芯片的計算密度和能效都將達到英偉達Blackwell系列GPU的50倍。該公司表示，全球頂級云服務商（超大規模廠商）將于今年對其即將推出的兩款概念驗證芯片進行評估。Neurophos計劃在2028年初推出首批系統，并在2028年年中實現量產爬坡。