面对美国制裁，中国推出首款并行光学计算芯片“流星一号”
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谢鹏教授表示：“光学计算……可以满足人工智能不断增长的计算需求，并带来一系列新的应用。”

Zhang Tong

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科学家表示，我国研究人员研制出首款高度并行光计算集成芯片“流星一号”，为利用光同时进行大量运算树立了里程碑。

这一进步有望为正在应对不断增长的计算需求的人工智能和数据中心提供硬件加速。

据中国出版商 DeepTech 上周报道，该芯片在 50GHz 光频率下实现了 2,560 TOPS（每秒万亿次运算）的理论峰值计算能力，性能可与Nvidia 的先进 GPU相媲美。

例如，英伟达最新的 GeForce RTX 5090 显卡峰值性能可达 3352 TOPS，而其上一代旗舰产品 RTX 4090 仅能达到 1321 TOPS。过去，光学芯片主要停留在实验室阶段，在实际任务中无法与商用旗舰 GPU 相提并论。

由于美国对可能帮助北京提升军事能力的先进半导体和人工智能芯片实施出口管制，Nvidia 的 4090 和 5090 实际上被禁止向中国销售。

随着传统电子芯片遭遇各种根本性的物理限制——例如发热、量子效应以及难以承受的功耗——光学计算逐渐成为未来的关键方向。其超高速、高带宽、低功耗和极低延迟等固有优势使其能够克服这些障碍。

长期以来，光学计算领域的进展一直聚焦于两大关键挑战：扩大矩阵规模和提高光频率。现有的顶级模型——以台积电和加州理工学院的原型为例——正在突破工程和物理极限。

因此，第三种方式——扩展计算并行性或芯片的多任务能力——已成为前进的必由之路。

在 6 月 17 日发表在 eLight 期刊上的一篇论文中，上海光学精密机械研究所 (SIOM) 的谢鹏和韩熙林以及新加坡南洋理工大学 (NTU) 的胡光伟详细介绍了一种新型光学计算系统，该系统可以在单个光子芯片中容纳 100 多个频道。

他们在论文中表示：“这一成果通过超高并行性，在不扩大芯片尺寸的情况下，使光学计算效用提高了 100 倍（甚至更高），为未来的光学计算机提供了一种新颖的技术途径。”

韩向 DeepTech 介绍了其经济潜力：“这一突破有望将光学计算提升到与电子芯片相竞争的性价比水平。”

流星一号综合系统采用完全自主研发的架构，包括光源芯片、光交互芯片、光计算芯片和调制矩阵驱动板。

该光源芯片采用集成微腔光频梳，输出光谱超过 80 纳米 (nm)，支持超过 200 个波长。这种芯片级多波长光源取代了数百个独立的激光器，大幅降低了系统尺寸、功耗和成本，同时提高了集成度。

核心光计算芯片本身拥有超过40纳米的高传输带宽，可实现低延迟并行处理。此外，团队定制设计的驱动板拥有超过256个通道，可实现精确的光信号控制和高效处理。

利用该系统，该团队创造了一项世界纪录，能够在系统上同时运行超过 100 个任务。该单芯片运行频率为 50GHz，理论峰值计算能力超过 2560 TOPS。

首席研究员谢鹏在美国麻省理工学院获得博士学位，随后在英国牛津大学和新加坡南洋理工大学从事研究，并在此基础上于去年在上海光机所成立了光学芯片与光子计算团队。

谢志雄向DeepTech强调了中科院团队架构的优势：“我们团队每个关键技术点都有专门的专家进行深度研究，这种从模块化到集成的模式，让我们能够在较短的时间内完成从基础研究到系统集成的全链条创新。”

“这也解释了为什么国外多年未解决的难题，我回国后很快就能取得突破。”

谢志雄表示：“在我们的并行光学计算方案下，计算效率、功耗和延迟等关键指标有可能超越传统的电子计算。”

“我们坚信，光学计算可以通过我们的方法解决可扩展性挑战，满足人工智能不断增长的计算需求，并引发新一波应用浪潮。”

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