在當(dāng)下科技領(lǐng)域，算力堪稱發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力。從人工智能大模型的訓(xùn)練，到大數(shù)據(jù)的高效處理，算力的需求呈井噴式增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的電計(jì)算方式在面對(duì)日益增長(zhǎng)的算力需求時(shí)，逐漸顯露出瓶頸，而光計(jì)算作為一種極具潛力的新興計(jì)算方式，正悄然崛起，有望成為改變算力市場(chǎng)格局的新變量，如今它似乎正迎來(lái)屬于自己的 “Roadster 時(shí)刻” 。

光計(jì)算并非全新概念，其起源可追溯到一百多年前。早在那時(shí)，科學(xué)家們就開始設(shè)想利用光的特性來(lái)進(jìn)行信息處理。與傳統(tǒng)的電計(jì)算不同，光計(jì)算主要利用光技術(shù)和光器件構(gòu)建計(jì)算機(jī)，以光作為信息的載體。在光計(jì)算機(jī)中，不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，通過(guò)大量的透鏡、棱鏡和反射鏡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在芯片間的傳輸。光具備諸多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為光計(jì)算奠定了良好基礎(chǔ)。光的頻率高、帶寬大，使得信息傳輸和處理量極為龐大，例如，每邊長(zhǎng) 1.5 厘米左右的三棱鏡，其信息通過(guò)能力遠(yuǎn)超全世界現(xiàn)有的全部電話電纜。光在傳輸過(guò)程中畸變和失真小，運(yùn)算速度理論上可達(dá)每秒千億次以上，信息處理速度比電子計(jì)算機(jī)快數(shù)百萬(wàn)倍。并且，光傳輸和轉(zhuǎn)換時(shí)能量消耗極低，這對(duì)于巨型計(jì)算機(jī)等高能耗設(shè)備而言，極具吸引力。1990 年，貝爾實(shí)驗(yàn)室推出由激光器、透鏡、反射鏡等組成的計(jì)算機(jī)，成為光計(jì)算機(jī)的雛形，隨后，英、法、比、德、意等國(guó)的科學(xué)家也成功研制出運(yùn)算速度比普通電子計(jì)算機(jī)快 1000 倍的光計(jì)算機(jī) 。

近年來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，大模型的訓(xùn)練對(duì)算力提出了前所未有的要求。傳統(tǒng)電芯片在計(jì)算密度和互連速度上逐漸難以匹配，摩爾定律也即將走到盡頭。在這樣的背景下，光計(jì)算的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)凸顯，迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。光計(jì)算能夠補(bǔ)充電芯片的局限性，其制造工藝對(duì)制程不敏感，不依賴先進(jìn)制程就能提升整體算力效能。目前，業(yè)界普遍采用光電融合的技術(shù)路線，現(xiàn)有的光計(jì)算芯片架構(gòu)通常包含光芯片和電芯片 。

以曦智科技為代表的光計(jì)算企業(yè)在這一領(lǐng)域積極探索，取得了顯著進(jìn)展。2025 年 3 月，曦智科技發(fā)布新一代光電混合計(jì)算卡曦智天樞，其核心包含 128×128 的光子矩陣的光學(xué)處理單元(OPU)和電學(xué)專用集成電路(ACIS)，采用大規(guī)模光電集成技術(shù)，通過(guò) TSV+Flipchip 先進(jìn)封裝技術(shù)將光電芯片集成和封裝，具備高性能、可編程性和通用性等優(yōu)勢(shì)。沈亦晨，曦智科技的創(chuàng)始人，在光計(jì)算領(lǐng)域頗有建樹。2017 年，他以第一作者身份在 Nature 子刊封面論文中提出新的深度學(xué)習(xí)硬件實(shí)現(xiàn)方式，發(fā)現(xiàn)基于光子的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算速度和能效方面可實(shí)現(xiàn)顯著提升。他直言，創(chuàng)業(yè)初期雖未料到如今大模型對(duì)光芯片的巨大推動(dòng)，但大模型的爆發(fā)確實(shí)為光子芯片的商業(yè)應(yīng)用提供了可行路徑。沈亦晨透露，曦智科技已在開發(fā)下一代 256×256 矩陣的光計(jì)算產(chǎn)品，技術(shù)路線規(guī)劃穩(wěn)步推進(jìn) 。

從市場(chǎng)層面來(lái)看，光計(jì)算也逐漸獲得資本認(rèn)可。今年 10 月，Lightmatter 完成 4 億美元的 D 輪融資，估值達(dá)到 44 億美元，彰顯了國(guó)際資本對(duì)光芯片的信心。并且，各國(guó)政府也紛紛加大對(duì)光計(jì)算技術(shù)的支持力度。2019 年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)啟動(dòng) LUMOS 項(xiàng)目，研究具備深度學(xué)習(xí)能力、高算力和低功耗的集成光子芯片;歐盟通過(guò) “地平線 2020 計(jì)劃” 資助建立 PhotonHub Europe，加快歐洲工業(yè)對(duì)光子技術(shù)的采用和部署，并通過(guò)年度戰(zhàn)略計(jì)劃進(jìn)一步支持光子技術(shù)發(fā)展;2022 年 4 月，荷蘭政府聯(lián)合私營(yíng)企業(yè)向光子集成電路產(chǎn)業(yè)投入 11 億歐元，加速光子芯片技術(shù)創(chuàng)新研究 。

然而，光計(jì)算距離大規(guī)模商業(yè)化落地仍面臨諸多挑戰(zhàn)。以曦智科技的天樞計(jì)算卡為例，隨著光計(jì)算矩陣規(guī)模不斷擴(kuò)大，光電芯片的超大規(guī)模集成面臨重大難題，TSV 垂直封裝技術(shù)雖重要但也存在技術(shù)瓶頸，同時(shí)，溫度波動(dòng)對(duì)計(jì)算精度的影響亟待解決。從整體生態(tài)角度，目前主流軟件開發(fā)高度依賴基于電芯片的高精度算法，光計(jì)算的精度問題在這種環(huán)境下較為突出，盡管在低精度算法下光計(jì)算的低功耗、低時(shí)延優(yōu)勢(shì)明顯，但要改變現(xiàn)有生態(tài)并非易事 。

沈亦晨將光計(jì)算目前的階段類比為特斯拉的 Roadster 階段。Roadster 作為特斯拉首款使用鋰離子電池的量產(chǎn)全電動(dòng)跑車，雖有諸多不足，但開啟了電動(dòng)汽車的新紀(jì)元。曦智科技 2021 年發(fā)布的 PACE 可視為光計(jì)算領(lǐng)域不能 “轉(zhuǎn)彎” 的早期產(chǎn)品，而如今的天樞則像一輛具備商業(yè)通用性、可上路的 “跑車”，目前處于小范圍百臺(tái)訂單階段。當(dāng)下，光計(jì)算芯片正處于從小眾市場(chǎng)向大眾市場(chǎng)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，需快速建立生態(tài)、拓展用戶和市場(chǎng)。英偉達(dá)在 GPU 發(fā)展初期，選擇從高校入手，與全球頂尖研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)合作，擴(kuò)充應(yīng)用場(chǎng)景。高校產(chǎn)品對(duì)穩(wěn)定性和量產(chǎn)要求相對(duì)不高，且能作為前沿研究的試驗(yàn)場(chǎng)，有利于探索技術(shù)優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化起飛。沈亦晨認(rèn)為，建立光計(jì)算生態(tài)，從高校入手同樣是目前較為理想的途徑 。

光計(jì)算憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在算力市場(chǎng)展現(xiàn)出巨大潛力，盡管面臨挑戰(zhàn)，但已取得階段性成果，迎來(lái)了重要發(fā)展契機(jī)，恰似特斯拉 Roadster 開啟電動(dòng)汽車新時(shí)代一般，光計(jì)算正邁向?qū)儆谧约旱?“Roadster 時(shí)刻”，有望在未來(lái)算力市場(chǎng)中占據(jù)重要地位，重塑計(jì)算領(lǐng)域的格局 。