Những nguyên lý vật lý từng làm nên ý tưởng “áo choàng tàng hình” giờ đây đang được tái khai thác theo một hướng thực tế hơn: nâng cao băng thông trung tâm dữ liệu và tăng tốc trí tuệ nhân tạo. Hai công ty khởi nghiệp là Lumotive và Neurophos đang tận dụng nền tảng khoa học này để tạo ra các công nghệ quang học thế hệ mới.
Khoảng hai thập kỷ trước, các nhà khoa học đã chế tạo được những cấu trúc có khả năng bẻ cong ánh sáng quanh vật thể, khiến chúng trở nên “vô hình”. Những cấu trúc này dựa trên vật liệu siêu cấu trúc quang học, hay còn gọi là siêu vật liệu, các vật liệu có cấu trúc nhỏ hơn bước sóng ánh sáng, cho phép điều khiển ánh sáng theo những cách mà vật liệu thông thường không thể làm được. Tuy nhiên, ứng dụng thực tế của “áo choàng tàng hình” lại rất hạn chế, bởi mỗi thiết bị thường chỉ hoạt động với một màu ánh sáng duy nhất, khiến nó khó đáp ứng các nhu cầu thực tế như tàng hình trong môi trường tự nhiên.
Thay vì theo đuổi giấc mơ tàng hình, các công ty công nghệ đang chuyển hướng sang những ứng dụng có giá trị cao hơn, đặc biệt trong hạ tầng AI. Một trong những bài toán lớn hiện nay là cải thiện các bộ chuyển mạch trong trung tâm dữ liệu. Các hệ thống truyền thống dựa trên điện tử đang dần chạm ngưỡng về băng thông và tiêu thụ năng lượng, trong khi việc chuyển đổi qua lại giữa tín hiệu quang và điện gây ra độ trễ và hao phí đáng kể.
Các công nghệ chuyển mạch quang hiện có vẫn tồn tại nhiều hạn chế. Những giải pháp dựa trên silicon photonics gặp vấn đề về hiệu suất năng lượng, trong khi các hệ thống sử dụng công nghệ vi cơ điện tử lại thiếu độ tin cậy do có các bộ phận chuyển động. Để giải quyết vấn đề này, Lumotive đã phát triển một loại chip mới sử dụng vật liệu siêu cấu trúc có thể điều chỉnh được. Con chip này được chế tạo bằng các kỹ thuật sản xuất bán dẫn tiêu chuẩn, với các cấu trúc đồng kết hợp cùng tinh thể lỏng có thể lập trình, tương tự như cách màn hình LCD hoạt động.
Nhờ thiết kế đặc biệt này, chip có thể điều khiển chùm sáng theo nhiều cách khác nhau như bẻ hướng, hội tụ, định hình hay tách chum, tất cả đều diễn ra theo thời gian thực và không cần bất kỳ bộ phận cơ học nào. Điều này giúp tăng đáng kể độ tin cậy của hệ thống, đồng thời mở ra khả năng thay thế nhiều linh kiện quang học truyền thống bằng một chip duy nhất. Công nghệ này cũng có tiềm năng mở rộng quy mô rất lớn, từ hàng trăm cổng kết nối lên tới hàng chục nghìn cổng, hứa hẹn tạo ra bước nhảy vọt cho các trung tâm dữ liệu trong tương lai gần.
Song song đó, Neurophos đang khai thác siêu vật liệu theo một hướng khác: xây dựng nền tảng tính toán quang học cho AI. Khi các hệ thống AI ngày càng tiêu tốn nhiều năng lượng, việc sử dụng ánh sáng thay cho điện tử để xử lý dữ liệu được xem là một giải pháp đầy tiềm năng. Tuy nhiên, các bộ xử lý quang học hiện tại thường слишком cồng kềnh và khó cạnh tranh về mật độ tính toán.
Neurophos cho rằng họ có thể giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra các bộ điều biến quang học cực nhỏ, tương đương transistor trong thế giới điện tử, nhờ công nghệ vật liệu siêu cấu trúc. Những phần tử này nhỏ hơn hàng chục nghìn lần so với thiết kế hiện tại nhưng vẫn có thể sản xuất bằng quy trình CMOS tiêu chuẩn. Khi một chùm laser mang dữ liệu chiếu vào chip, cấu hình của từng phần tử sẽ điều chỉnh ánh sáng phản xạ để thực hiện các phép tính AI phức tạp.
Nhờ cách tiếp cận này, một chip nhỏ chỉ vài milimet có thể chứa hàng triệu phần tử xử lý quang học, đạt mật độ tính toán vượt trội so với các giải pháp hiện tại. Theo công ty, hiệu năng của chip có thể cao hơn nhiều lần so với GPU thế hệ mới như Nvidia Blackwell GPU, đồng thời tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể.
Trong thời gian tới, các công ty cung cấp dịch vụ đám mây quy mô lớn sẽ bắt đầu thử nghiệm các nguyên mẫu của công nghệ này. Nếu mọi thứ diễn ra theo kế hoạch, những hệ thống đầu tiên có thể xuất hiện vào khoảng năm 2028, mở ra một hướng đi hoàn toàn mới cho cả trung tâm dữ liệu lẫn lĩnh vực trí tuệ nhân tạo, nơi ánh sáng không chỉ truyền tải thông tin mà còn trực tiếp thực hiện tính toán.
