PsiQuantum 推出低损耗硅光子光开关原型，瞄准 AI 数据中心市场
量子计算公司 PsiQuantum 近日宣布，已成功将其低损耗硅光子技术转化为适用于人工智能数据中心的光学电路交换机（OCS）。该技术在演示中实现了仅 1.2 dB 的信号插入损耗，显著低于典型数据中心光学系统可容忍的 3 dB 阈值。尽管目前展示的原型机规模较小，仅为 8x8 端口配置，但 PsiQuantum 表示正在开发更大尺寸的设备，以应对日益增长的 AI 集群网络需求。
全光交换优势：无需移动部件与放大器
与传统数据中心交换机不同，光学电路开关（OCS）直接在光纤之间传输光线，避免了光电转换过程及其带来的延迟和能耗。常规交换机在每次数据跳转时都需要进行信号转换，而 OCS 通过固定的光路径维持连接，直到收到更改命令为止。其核心挑战在于光信号通过开关时的损耗控制。
PsiQuantum 的方案区别于 Google 和 Lumentum 使用的微型镜或微机电系统（MEMS），后者依赖物理移动部件。PsiQuantum 采用在芯片上雕刻电路的全光开关技术，无移动部件且无需内置放大器即可实现低损耗性能。随着 AI 集群规模的扩大，减少光电转换对于提升通信带宽和距离至关重要，旨在让不同的 GPU 机架能够以相同速度高效通讯。
技术参数对比：损耗、端口数与切换速度
尽管 PsiQuantum 的 1.2 dB 损耗表现优异，但其原型机的 8x8 端口规模远小于竞争对手的产品。例如，Google 的 Palomar 交换机拥有 136x136 端口，Lumentum 的 R300 达到 300x300 端口，而 Salience Labs 和 iPronics 的产品也具备 32 个端口以上。以下是主要竞品与 PsiQuantum 原型的参数对比：
交换机型号/来源 |
端口 (输入/输出) | 插入损耗及说明 | 重新配置时间 | 切换机制 |
|---|---|---|---|---|
| PsiQuantum 8×8 演示原型 | 8×8 |
实验室典型值 1.2dB (约 24% 光损失)，无放大器 | < 3 ms | 光子芯片，无移动部件 |
| Google Palomar | 136×136 |
通常 < 2dB (< 37% 损失)；最坏情况 2dB | 毫秒级 | MEMS 镜子 (有移动部件) |
| Lumentum R300 | 300×300 |
初始状态接近 1.5dB (约 29% 损失) | 未披露 | MEMS 镜子 (有移动部件) |
| Salience Labs OC-32M | 32×32 |
< 2dB (< 37% 损失)，含内置放大器 | < 300 μs | 带放大功能的光子芯片 |
| iPronics ONE-32 | 32 (布局未详) | 未公布具体数值 | < 300 μs | 带光学放大器的光子芯片 |
PsiQuantum 的 8x8 原型机具有严格无阻塞特性，确保新连接不会干扰现有连接。实验室测试显示，除了 1.2 dB 的典型插入损耗外，其交叉串扰为 40 dB（约 0.01% 的光泄漏到其他端口），重新配置时间低于 3 毫秒。值得注意的是，这些损耗数据基于光纤对光纤测量，包含光进入和离开芯片的过程，但不包括连接器损耗。
组件级低损耗设计与未来路线图
为了适应量子计算机对光损耗的极高敏感度，PsiQuantum 在每个组件上都追求极低的损耗。据该公司 2025 年发表在《自然》杂志上的论文显示，其波导每米损耗仅为 0.5 dB，分离器损耗为 0.5 毫分贝，交叉点损耗为 1.2 毫分贝。此外，芯片与光纤的耦合损耗约为 60 毫分贝。虽然随着端口数量增加，光线穿过更多组件会导致损耗累积，但这些基础组件的低损耗设计为大尺寸设备奠定了基础。
关于可接受的损耗标准，光学制造商 Coherent 指出使用 OCS 可增加高达 3 dB 的额外插入损耗，而其收发器能够处理这一水平。Lumentum 表示，3 dB 足以支持 FR4、DR4 和 DR8 等用于连接 GPU 服务器和交换机的标准光学模块。PsiQuantum 向 Semafor 透露，其开关需要保持 2 到 3 dB 以下的插入损耗才能正常工作。
PsiQuantum 计划从目前的 8x8 原型扩展到 64x64 版本，并正在研发 72x72 设备。尽管大尺寸设备的损耗可能会略高于原型机，但公司承诺仍将保持在极低水平。在速度方面，虽然 PsiQuantum 的 3 毫秒切换时间符合当前大多数部署需求（如 Google 用于调整 TPU 集群大小或绕过故障芯片），但 Salience 和 iPronics 声称其放大芯片交换机的时间可短至 300 微秒以下。
材料创新与商业前景
为进一步提升性能，PsiQuantum 在其现有的 64 端口量子系统开关中采用了钛酸钡（BTO）材料。当施加电压时，BTO 会改变光的折射率，使得切换元件更短、损耗更低，且速度比演示版快约一百万倍。虽然 BTO 并非当前热切换氮化硅平台产品的必需材料，但它被视为通往更快、更先进未来产品的关键途径。
PsiQuantum 联合创始人 Pete Shadbolt 表示，虽然赞赏 Google 的 MEMS 开关质量，但公司更倾向于在不依赖移动部件的单体芯片上实现同等性能。目前，Nvidia 通过其风险部门 NVentures 持有 PsiQuantum 股权，并合作推进 GPU-QPU 集成。同时，Nvidia 也在今年 9 月参与了竞争对手 iPronics 的 1.25 亿美元融资轮。
将技术应用于传统数据中心不仅有助于降低为量子计算构建零部件的供应链风险，也被视为 PsiQuantum 拓展业务的重要战略。公司认为 AI 和量子计算是互补技术，并于 7 月聘请 Rob Soderbery 担任执行副总裁，负责加速其光子平台在 AI 网络中的应用。该公司的 CHIPS 奖项申请重点之一即为“高性能光学交换机”。
目前，光学电路交换机在 Google 内部已大规模用于重新连接 AI 集群，但在外部市场仍处于概念验证和早期试验阶段。尽管如此，PsiQuantum 已将 2026 年的市场预测提高了三倍，并预计 2029 年市场份额将超过 40%。公司已向多家计算机公司、GPU 供应商和超级扩展器提供样本和测试套件。竞争对手 Salience 已在欧洲光通信会议上展示了 64 端口产品，并规划了 128 和 256 端口的路线图。若 PsiQuantum 的数据未经独立验证，其在无放大器情况下于 64 端口保持低损耗的能力将是行业关注的焦点。
