Физика, которая позволяет изгибать свет и создавать плащи-невидимки, теперь помогает двух стартапам повысить пропускную способность дата-центров и ускорить работу искусственного интеллекта.
Около 20 лет назад ученые создали первые конструкции, способные огибать светом предметы, скрывая их. Эти устройства состоят из оптических метаматериалов — веществ с элементами, меньшими размеров волн света, которые они управляют, заставляя лучи отклоняться необычным образом.
Главный минус оптических плащей — отсутствие спроса на них, отмечает Патрик Боуэн, сооснователь и CEO компании Neurophos по фотонным вычислениям из Остина, штат Техас. Например, каждый такой плащ работает только с одним цветом света, а не со всем видимым спектром, как требуется для маскировки.
Сейчас фирмы находят реальные применения этой технологии, в частности для улучшения коммутаторов, соединяющих серверы в дата-центрах, обслуживающих ИИ и облачные сервисы. Такие центры переходят на оптические коммутационные схемы, чтобы обойти ограничения по полосе пропускания и энергопотреблению обычных электронных сетей, где данные многократно преобразуются из света в электричество.
Существующие оптические коммутаторы имеют свои недостатки. Те, что основаны на кремниевой фотонике, страдают от низкой энергоэффективности, а устройства на микроэлектромеханических системах (MEMS) часто выходят из строя, говорит Сэм Хейдари, CEO стартапа Lumotive по оптическим метаповерхностям из Редмонда, штат Вашингтон.
Lumotive разработала метаматериалы с настраиваемыми характеристиками. Новый микрочип компании, представленный 19 марта, покрыт медными структурами, изготовленными стандартными методами производства чипов. Между ними размещены элементы из жидких кристаллов. Их конфигурацию можно электронно менять, подобно экранам LCD, что изменяет оптические свойства всего чипа.
Этот чип точно направляет, фокусирует, формирует и разделяет пучки света, отражающиеся от его поверхности. Он заменяет несколько оптических компонентов без механических частей, программируясь в реальном времени, утверждают в Lumotive. Отсутствие подвижных элементов сильно повышает надежность, подчеркивает Хейдари.
Мы провели массу исследований на фабриках по выпуску чипов, чтобы устройства не только работали, но и были выгодны в производстве с учетом цены и долговечности, добавляет он.
Чипы Lumotive поддерживают стандартные 256 на 256 портов и могут масштабироваться до 10 000 на 10 000. Это меняет правила игры для дата-центров, считает Хейдари. Первые оптические коммутаторы появятся в продаже к концу 2026 года.
Оптические вычисления с метаматериалами
Neurophos тоже видит в своей разработке прорыв для ИИ. Поскольку обучение и работа моделей требуют огромных затрат энергии на электронике, исследователи ищут оптические вычисления как энергоэффективную замену: обработка данных происходит светом, а не электронами.
Прототипы оптических процессоров пока слишком громоздки, чтобы конкурировать по плотности с передовыми электронными чипами, говорит Боуэн. Neurophos использует метаматериалы для оптических модуляторов — аналогов транзисторов, — которые в 10 000 раз меньше текущих аналогов и совместимы со стандартным производством. Это полностью CMOS-технология без экзотических материалов, уточняет он.
Когда лазерный луч с закодированными данными попадает на чип Neurophos, конфигурация каждого элемента метаматериала меняет отраженный луч, кодируя результаты сложных задач ИИ. Мы разместили массив 1000 на 1000 модуляторов на крошечной площадке 5 на 5 миллиметров, рассказывает Боуэн. С обычной кремниевой фотоникой такой чип занял бы целый квадратный метр.
В итоге микрочип Neurophos обеспечит в 50 раз большую плотность вычислений и энергоэффективность, чем GPU поколения Blackwell от Nvidia. Крупнейшие облачные провайдеры протестируют два демонстрационных чипа в этом году. Первые системы выйдут в начале 2028-го, а массовое производство начнется в середине того же года.