在當(dāng)今數(shù)字化時代，數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長，從人工智能大模型的訓(xùn)練，到實時性要求極高的自動駕駛場景，從大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的高效運算，到邊緣設(shè)備的快速響應(yīng)，各行各業(yè)對計算性能的需求持續(xù)攀升。傳統(tǒng)的電計算模式在面對如此龐大且復(fù)雜的計算任務(wù)時，逐漸暴露出其在延遲和能效方面的局限性。而光電混合計算，作為一種融合了光與電優(yōu)勢的新興計算方式，正悄然崛起，逐步實現(xiàn)商業(yè)落地，為低延遲、高能效計算帶來了新的曙光，有望成為未來計算領(lǐng)域的主流選擇。

光電混合計算并非憑空出現(xiàn)，其背后有著堅實的技術(shù)支撐。光計算的概念由來已久，早在一百多年前，科學(xué)家們就開始設(shè)想利用光的特性進行信息處理。光具有頻率高、帶寬大、傳

輸速度快能量損耗低等諸多優(yōu)勢。例如，每邊長 1.5 厘米左右的三棱鏡，其信息通過能力遠超全世界現(xiàn)有的全部電話電纜;光在傳輸過程中畸變和失真小，運算速度理論上可達每秒千億次以上，信息處理速度比電子計算機快數(shù)百萬倍。然而，光計算在實際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)，如難以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運算和精確的數(shù)字存儲等。與此同時，電計算在邏輯控制、數(shù)據(jù)存儲等方面表現(xiàn)出色，但在面對大規(guī)模并行計算和高速數(shù)據(jù)傳輸時，存在延遲高、能耗大的問題。光電混合計算正是將光計算的高速并行處理能力與電計算的精確邏輯控制能力相結(jié)合，形成優(yōu)勢互補。在這種計算模式下，光主要負責(zé)數(shù)據(jù)的高速傳輸和大規(guī)模并行運算，電則承擔(dān)邏輯控制、數(shù)據(jù)存儲以及與外部設(shè)備的交互等任務(wù) 。

從實際應(yīng)用案例來看，光電混合計算已在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越的性能。在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，隨著云計算、大數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用的普及，數(shù)據(jù)中心對算力的需求呈指數(shù)級增長，同時對降低能耗也提出了迫切要求。傳統(tǒng)電芯片在處理如此海量數(shù)據(jù)時，不僅延遲高，而且能耗巨大，導(dǎo)致運營成本居高不下。一些先進的數(shù)據(jù)中心開始引入光電混合計算設(shè)備。通過光計算模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速并行處理，大幅縮短了數(shù)據(jù)處理時間，降低了延遲;電計算模塊則確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和精確控制。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采用光電混合計算架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心，在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時，延遲可降低至傳統(tǒng)架構(gòu)的幾分之一，能耗也能減少 30% - 50%，顯著提升了數(shù)據(jù)中心的運行效率和經(jīng)濟效益 。

在自動駕駛領(lǐng)域，車輛需要在極短時間內(nèi)對大量傳感器數(shù)據(jù)進行處理和決策，以確保行駛安全。光電混合計算為自動駕駛提供了強大的支持。例如，在車輛的視覺感知系統(tǒng)中，光計算芯片能夠快速對攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)進行并行處理，提取關(guān)鍵特征;電計算芯片則對這些特征進行進一步分析和決策，控制車輛的行駛方向、速度等。清華大學(xué)自動化系成像與智能技術(shù)實驗室和電子工程系智能感知集成電路與系統(tǒng)實驗室聯(lián)合提出的一款全模擬光電集成計算芯片 ACCEL，在現(xiàn)實自動駕駛等超高速視覺計算任務(wù)中表現(xiàn)出色。該芯片系統(tǒng)實現(xiàn)了 4.6 Peta - OPS 的系統(tǒng)級計算速度，系統(tǒng)級能效達到 74.8 Peta - OPS/W，在各種光強尤其是低光下的精度顯著提高，為自動駕駛技術(shù)的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐 。

從商業(yè)落地的角度來看，光電混合計算正逐漸獲得市場的認可。近年來，全球涌現(xiàn)出數(shù)十家專注于光電混合算力的初創(chuàng)企業(yè)，如麻省理工學(xué)院團隊創(chuàng)辦的 Lightmatter 和從劍橋大學(xué)走出來的 Optalysys 等。這些企業(yè)得到了風(fēng)投的青睞，不斷推動著光電混合計算技術(shù)的商業(yè)化進程。今年 10 月，Lightmatter 完成了 4 億美元的 D 輪融資，估值達到 44 億美元，彰顯了國際資本對光芯片及光電混合計算領(lǐng)域的信心。國內(nèi)的曦智科技也是該領(lǐng)域的佼佼者，2025 年 3 月，曦智科技發(fā)布新一代光電混合計算卡曦智天樞，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 TSV + Flipchip 先進封裝技術(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。目前，曦智科技已在開發(fā)下一代 256×256 矩陣的光計算產(chǎn)品，技術(shù)路線規(guī)劃穩(wěn)步推進 。

然而，光電混合計算在商業(yè)落地過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。一方面，技術(shù)層面上，隨著光計算矩陣規(guī)模的不斷擴大，光電芯片的超大規(guī)模集成面臨重大難題，如 TSV 垂直封裝技術(shù)雖重要但存在技術(shù)瓶頸，同時溫度波動對計算精度的影響亟待解決。另一方面，市場層面上，由于主流軟件開發(fā)高度依賴基于電芯片的高精度算法，光計算在這種環(huán)境下的精度問題較為突出，盡管在低精度算法下光計算的低功耗、低時延優(yōu)勢明顯，但要改變現(xiàn)有生態(tài)并非易事 。

面對這些挑戰(zhàn)，科研人員和企業(yè)正在積極探索解決方案。在技術(shù)研發(fā)方面，加大對光電芯片集成技術(shù)、封裝技術(shù)以及計算精度優(yōu)化算法的研究投入。例如，通過改進封裝工藝，提高光電芯片的集成度和穩(wěn)定性;利用先進的算法對溫度波動等干擾因素進行補償，提升計算精度。在市場推廣方面，加強與軟件開發(fā)商的合作，共同開發(fā)適配光電混合計算的軟件生態(tài)。從高校等對穩(wěn)定性和量產(chǎn)要求相對不高、且能作為前沿研究試驗場的領(lǐng)域入手，逐步拓展應(yīng)用場景，建立用戶基礎(chǔ)，推動光電混合計算從實驗室走向更廣闊的市場 。

光電混合計算憑借其在低延遲和高能效方面的顯著優(yōu)勢，已在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，并逐步實現(xiàn)商業(yè)落地。盡管面臨技術(shù)和市場等方面的挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷進步和市場的逐漸成熟，光電混合計算有望打破傳統(tǒng)計算模式的局限，成為低延遲、高能效計算的新選擇，引領(lǐng)計算領(lǐng)域的新一輪變革，為數(shù)字化時代的發(fā)展注入強大動力 。