比尔·盖茨押注的光学AI芯片 性能碾压英伟达Rubin GPU

1月27日消息，据外媒Tom’s Hardware 报导，近日曾获得比尔·盖兹旗下Gates Frontier Fund 投资的AI 芯片初创公司Neurophos公布了其首款光学处理单元（ OPU ）产品，型号为“ Tulkas T100 ”，号称在FP4/INT4 等低精度AI计算负载下，性能可达到 英伟达 最新Vera Rubin GPU 的约10倍，并且可以维持与其相近功耗水平。Neurophos指出，该芯片采用现有的半导体制程技术，未来不排除交由台积电或英特尔代工生产。

近年来，随着人工智能（AI）技术的快速发展，对于算力的需求也是呈现爆炸式增长，虽然当前以英伟达为代表的GPU芯片的性能提升也很快，但是这种提升更多是依赖于芯片面积、制程工艺和功率的提升，这也限制了其单位性能的增长，并且存在巨大的能源消耗和高昂的成本负担。

专注于以光子计算为核心的AI 加速器研发的初创公司Neurophos认为，目前全球科技巨头竞相建造更多依赖于GPU的AI数据中心的趋势并非解决之道。而Neurophos 提出的解决方案正是采用“光学处理单元”（OPU）来作为全新的 AI 加速芯片。

光子计算是一种被动运算，运算任务在光通过光子矩阵的过程中即可完成，它颠覆了传统CMOS电子芯片的运算逻辑。光子芯片的性能提升与光子矩阵规模、主频速率和波长数量等参数相关，而不依赖晶体管的密度及芯片制程的提升，并且拥有高通量、低延时、低功耗等特点，因此用光计算来代替部分当前的电计算就成为了突破现有瓶颈的有效途径。

过去硅光子技术受限于光学元件尺寸过大，难以在芯片上实现足够的计算密度，但是 Neurophos 则宣称，其已成功将光学晶体管尺寸大幅缩小了 10,000 倍，使光子计算首次具备与数位CMOS 构架竞争的可行性。Neurophos 将这些调制器与内存计算技术相结合，通过融合内存和处理能力来克服传统硬件瓶颈，从而加速AI核心的矩阵乘法运算，并减少数据传输，并可直接支持Triton、JAX 等主流AI 软件工具。目前Neurophos已经在光计算领域积累了超过300项专利。

Neurophos最新推出的首款OPU芯片型号为“Tulkas T100”， 配备了 1000×1000 的光子计算矩阵，这大约是现代 GPU 中 256x256 矩阵的 15 倍，这使得芯片上的光学计算核心的密度达到了惊人的水平，可与传统的硅芯片相媲美。巨大的光学计算矩阵和惊人的56GHz时钟频率相结合，再加上其内部集成的200 MB 二级缓存和768 GB HBM，使得单个光学“张量核心”能够完成英伟达芯片中数百个核心的工作量。其FP4/INT4算力可达0.47 ExaFLOPS，FP16/INT16算力为0.4 PFLOPS，峰值功率为2kW，平均功率为1kW，计算能效更是高达235 TOPS/W。

Neurophos还推出了 8× OPU的机架系统，将拥有3.07TB HBM，FP4/INT4算力可达2 ExaFLOPS，FP16/INT16算力为1.6 PFLOPS，性能将比 3000 磅重的 GPU 机架系统还要强，峰值功率也只有10KW，平均功率仅5KW。

Neurophos表示，世界需要太瓦级的算力，但是这所需要的能源供应远超美国当前的生产能力。如果利用GPU建设数据中心来实现，这需要投资额高达20万亿美元，而且还需要1000多座核电站来提供能源供应。如果使用OPU，达到同等的算力，不仅所需的OPU芯片数量可以减少100倍，所需的能源供应也可减少100倍，10座核电站就够了。

目前，Neurophos正与挪威数据中心运营商Terakraft合作，计划于2027年启动其光学人工智能加速器的实际应用试点项目。Neurophos表示，希望能在2028年初制造出首批完整的系统，并在同年晚些时候扩大生产规模。

资料显示，Neurophos 成立于美国奥斯汀，是杜克大学和 Metacept Inc. 的衍生公司，团队成员来自 英伟达、AMD、苹果、Meta、谷歌、Magic Leap、美光、高通、三星、Sapeon、Lumotive、Lightmatter和Luminous等公司，涵盖了尖端数字和模拟芯片、增强现实、超材料、光互连等领域。

2023年12月，Neurophos 获得了由盖茨前沿基金领投、MetaV C Partners、Mana Ventures、AdAstral 等机构跟投的种子轮融资。这笔资金将用于开发一种专有的超表面，该超表面凭借其先进的光学特性，可作为张量核心处理器。

今年1月22日，Neurophos还成功完成了1.1亿美元的A轮融资，使其总融资额达到1.18亿美元。该轮融资由比尔·盖兹旗下Gates Frontier Fund领投，M12（微软风险投资基金）、Carbon Direct Capital、沙特阿美风险投资公司、博世风险投资公司、Tectonic Ventures、Space Capital等机构跟投。

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