스타트업 기업들, 광학 메타물질 AI 데이터센터에 도입: '투명 망토' Startups Bring Optical Metamaterials to AI Data Centers

Startups Bring Optical Metamaterials to AI Data Centers

Lumotive and Neurophos are tackling different problems in AI

Light-warping physics made “invisibility cloaks” a possibility. Now two startups hope to harness the science underlying this advance to boost the bandwidth of data centers and speed artificial intelligence.

Roughly 20 years ago, scientists developed the first structures capable of curving light around objects to conceal them. These are composed of optical metamaterials—materials with structures smaller than the wavelengths they are designed to manipulate, letting them bend light in unexpected ways.

https://spectrum.ieee.org/optical-metamaterials-ai-data-centers

스타트업 기업들이 광학 메타물질을 AI 데이터센터에 도입하고 있습니다.

루모티브와 뉴로포스는 인공지능 분야에서 서로 다른 문제들을 해결하고 있습니다

'투명 망토' 가능해져

빛을 왜곡하는 물리학 덕분에 '투명 망토'가 가능해졌습니다. 이제 두 스타트업 기업이 이러한 과학적 원리를 활용하여 데이터 센터 의 대역폭을 늘리고 인공지능의 속도를 높이는 것을 목표로 하고 있습니다 .

약 20년 전, 과학자들은 물체를 가리기 위해 빛을 휘게 할 수 있는 최초의 구조를 개발했습니다. 이러한 구조는 광학 메타 물질로 구성되어 있는데, 이 물질들은 조작하려는 파장보다 작은 구조를 가지고 있어 빛을 예상치 못한 방식으로 휘게 할 수 있습니다.

광학 은폐 장치의 문제점은 무엇일까요? 텍사스주 오스틴에 있는 광자 컴퓨팅 스타트업 뉴로포스 의 공동 창립자이자 CEO인 패트릭 보웬은 "시장이 없다"고 말합니다 . 예를 들어, 대부분의 광학 은폐 장치는 은밀한 용도에 필요한 모든 가시광선 색상이 아닌 특정 색상의 빛에만 작동합니다.

이제 기업들은 은폐 기술에 숨겨진 과학적 원리를 더욱 실용적으로 활용하기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어, AI 및 기타 클라우드 서비스를 위해 데이터 센터에서 컴퓨터를 연결하는 스위치를 개선하는 데 사용하고 있습니다. 데이터 센터들은 점점 더 광 회로 스위치를 활용하여 기존 전자 스위치 및 네트워크의 대역폭 한계와 전력 소비 문제를 해결하고자 합니다. 기존 전자 스위치 및 네트워크는 데이터를 빛에서 전자 로 여러 번 변환해야 하기 때문입니다.

하지만 오늘날의 광 스위칭 기술에는 나름의 단점이 있습니다. 예를 들어 실리콘 포토닉스 에 기반한 기술은 에너지 효율 에 문제가 있고 , 미세전기기계시스템(MEMS) 에 기반한 기술은 신뢰성이 떨어질 수 있다고 워싱턴주 레드먼드에 있는 광 메타 표면 스타트업 루모티브(Lumotive) 의 CEO 샘 헤이다리는 말합니다 .

대신 루모티브는 특성을 조절할 수 있는 메타물질을 개발했습니다 . 3월 19일에 공개된 이 회사의 새로운 마이크로칩은 표준 칩 제조 기술을 사용하여 만든 구리 구조물로 덮여 있습니다. 이 구리 구조물 사이에는 액정 소자가 배치되어 있습니다. 이 액정 소자의 구조는 액정 디스플레이(LCD)처럼 전자적으로 프로그래밍할 수 있어 메타물질 칩의 광학적 특성을 변경할 수 있습니다.

이 마이크로칩은 표면에서 반사된 빛을 정밀하게 조향, 렌즈화, 모양 변경 및 분할할 수 있습니다. 루모티브에 따르면, 이 칩은 움직이는 부품 없이 여러 광학 부품이 수행하는 모든 기능을 프로그래밍 가능한 방식으로 실시간으로 수행할 수 있습니다. 헤이다리는 "움직이는 부품이 없다는 것은 신뢰성을 크게 향상시킵니다."라고 말합니다.

메타물질을 이용한 광학 컴퓨팅

마찬가지로, 뉴로포스는 자사의 기술이 인공지능에 혁신적인 변화를 가져올 수 있기를 기대하고 있습니다. 기존 전자 장치를 이용한 인공지능 구현은 에너지 소모가 크기 때문에, 과학자들은 전자 대신 빛을 이용해 데이터를 처리하는 저전력 대안 으로 광 컴퓨팅을 연구하고 있습니다 .

하지만 현재 개발 중인 광학 프로세서는 일반적으로 크기가 너무 커서 최신 전자 프로세서와 경쟁할 만한 연산 밀도를 달성하기 어렵다고 보웬은 말합니다. 뉴로포스는 메타물질을 사용하여 표준 칩 제조 공정을 사용하는 기존 설계보다 1/10,000 크기의 광학 변조기(트랜지스터의 광학적 등가물)를 제작할 수 있다고 주장합니다. 보웬은 "완전히 CMOS 공정입니다."라며 "특수 소재는 전혀 사용되지 않습니다."라고 강조합니다.

데이터를 인코딩하는 레이저 빔이 뉴로포스 칩에 비추어 지면 , 각 메타물질 요소의 구성 방식에 따라 반사된 빔이 변형되어 복잡한 AI 작업 결과를 인코딩합니다. 보웬은 "기본적으로 1,000x1,000 크기의 광 변조기 배열을 칩의 5x5mm라는 아주 작은 영역에 배치했습니다."라고 말합니다. "만약 시판되는 실리콘 포토닉스를 사용해서 이와 같은 기능을 구현하려면 칩 크기가 1제곱미터는 될 것입니다."

종합적으로, 보웬은 뉴로포스 마이크로칩이 엔비디아의 블랙웰 세대 GPU보다 50배 높은 컴퓨팅 밀도와 50배 높은 에너지 효율을 제공할 것이라고 주장합니다. 회사 측은 세계 최대 클라우드 서비스 제공업체인 하이퍼스케일러들이 올해 출시 예정인 두 가지 개념 증명 칩을 평가할 것이라고 밝혔습니다. 뉴로포스는 2028년 초에 첫 시스템을 출시하고 2028년 중반에 생산량을 늘리는 것을 목표로 하고 있습니다.

https://spectrum.ieee.org/optical-metamaterials-ai-data-centers

"우리 는 기기를 작동 가능한 상태로 만들 뿐만 아니라 적절한 비용과 신뢰성 측면에서 상업적으로도 실현 가능하게 만들기 위해 파운드리 에서 많은 연구 개발 과정을 거쳐야 했습니다 ."라고 헤이다리는 말합니다.

회사 측은 자사의 새로운 칩이 업계 표준인 256x256 포트뿐만 아니라 최대 10,000x10,000 포트까지 처리할 수 있다고 밝혔습니다. 하이다리 대표는 "이는 데이터 센터 업계에 혁신을 가져올 것으로 예상한다"고 말했습니다. 루모티브는 2026년 말에 첫 광 스위치를 출시할 계획입니다.