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

光電混合計(jì)算并非憑空出現(xiàn)，其背后有著堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。光計(jì)算的概念由來(lái)已久，早在一百多年前，科學(xué)家們就開(kāi)始設(shè)想利用光的特性進(jìn)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(shì)。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。然而，光計(jì)算在實(shí)際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)，如難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運(yùn)算和精確的數(shù)字存儲(chǔ)等。與此同時(shí)，電計(jì)算在邏輯控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面表現(xiàn)出色，但在面對(duì)大規(guī)模并行計(jì)算和高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，存在延遲高、能耗大的問(wèn)題。光電混合計(jì)算正是將光計(jì)算的高速并行處理能力與電計(jì)算的精確邏輯控制能力相結(jié)合，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。在這種計(jì)算模式下，光主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的高速傳輸和大規(guī)模并行運(yùn)算，電則承擔(dān)邏輯控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及與外部設(shè)備的交互等任務(wù) 。

從實(shí)際應(yīng)用案例來(lái)看，光電混合計(jì)算已在多個(gè)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(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用的普及，數(shù)據(jù)中心對(duì)算力的需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)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(shí)，不僅延遲高，而且能耗巨大，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本居高不下。一些先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心開(kāi)始引入光電混合計(jì)算設(shè)備。通過(guò)光計(jì)算模塊實(shí)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(shí)間，降低了延遲;電計(jì)算模塊則確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和精確控制。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采用光電混合計(jì)算架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心，在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)，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(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益 。

在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，車輛需要在極短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和決策，以確保行駛安全。光電混合計(jì)算為自動(dòng)駕駛提供了強(qiáng)大的支持。例如，在車輛的視覺(jué)感知系統(tǒng)中，光計(jì)算芯片能夠快速對(duì)攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，提取關(guān)鍵特征;電計(jì)算芯片則對(duì)這些特征進(jìn)行進(jìn)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(dòng)化系成像與智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和電子工程系智能感知集成電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合提出的一款全模擬光電集成計(jì)算芯片 ACCEL，在現(xiàn)實(shí)自動(dòng)駕駛等超高速視覺(jué)計(jì)算任務(wù)中表現(xiàn)出色。該芯片系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 4.6 Peta - OPS 的系統(tǒng)級(jí)計(jì)算速度，系統(tǒng)級(jí)能效達(dá)到 74.8 Peta - OPS/W，在各種光強(qiáng)尤其是低光下的精度顯著提高，為自動(dòng)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(lái)看，光電混合計(jì)算正逐漸獲得市場(chǎng)的認(rèn)可。近年來(lái)，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(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦的 Lightmatter 和從劍橋大學(xué)走出來(lái)的 Optalysys 等。這些企業(yè)得到了風(fēng)投的青睞，不斷推動(dòng)著光電混合計(jì)算技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。今年 10 月，Lightmatter 完成了 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)光芯片及光電混合計(jì)算領(lǐng)域的信心。國(guó)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(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)。目前，曦智科技已在開(kāi)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) 。

然而，光電混合計(jì)算在商業(yè)落地過(guò)程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。一方面，技術(shù)層面上，隨著光計(jì)算矩陣規(guī)模的不斷擴(kuò)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(shí)溫度波動(dòng)對(duì)計(jì)算精度的影響亟待解決。另一方面，市場(chǎng)層面上，由于主流軟件開(kāi)發(fā)高度依賴基于電芯片的高精度算法，光計(jì)算在這種環(huán)境下的精度問(wèn)題較為突出，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 。

面對(duì)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(duì)光電芯片集成技術(shù)、封裝技術(shù)以及計(jì)算精度優(yōu)化算法的研究投入。例如，通過(guò)改進(jìn)封裝工藝，提高光電芯片的集成度和穩(wěn)定性;利用先進(jìn)的算法對(duì)溫度波動(dòng)等干擾因素進(jìn)行補(bǔ)償，提升計(jì)算精度。在市場(chǎng)推廣方面，加強(qiáng)與軟件開(kāi)發(fā)商的合作，共同開(kāi)發(fā)適配光電混合計(jì)算的軟件生態(tài)。從高校等對(duì)穩(wěn)定性和量產(chǎn)要求相對(duì)不高、且能作為前沿研究試驗(yàn)場(chǎng)的領(lǐng)域入手，逐步拓展應(yīng)用場(chǎng)景，建立用戶基礎(chǔ)，推動(dòng)光電混合計(jì)算從實(shí)驗(yàn)室走向更廣闊的市場(chǎng) 。

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