中国科学院上海光学精密机械研究所（上海光机所）近日公布了一款理论上可达到2560 TOPS（每秒万亿次操作）算力的光学芯片。

中国科学家研制出据称是世界首款超高并行光计算集成芯片。该芯片在50GHz的光时钟频率下，理论上可提供每秒2560万亿次操作（TOPS）的算力。

据报道，该器件由中国科学院下属的上海光机所研制，其研究成果本周发表在《eLight》期刊上。

100波长架构：不升频也能提速

传统的光处理器通常在单一颜色或波长的光上传输信息。而上海光机所的设计将一束激光分成一百多个不同颜色的通道，所有通道同时通过同一个指甲盖大小的芯片。

项目负责人谢鹏将其比作将一条单车道道路替换为百车道高速公路，这意味着即使物理尺寸和时钟速度保持不变，数据吞吐量也能大幅提升。

这一技术的关键在于孤子微梳源（soliton microcomb sources）。这是一种微小的环形谐振器，能将连续激光分成一系列等间距的光谱“齿”。每个“齿”都承载着独立的比特流。

由于光不会像电子电路那样受到电阻发热的困扰，这些并行通道可以并行运行，能量损失极小，热瓶颈风险很低。

上海光机所报告称，该芯片拥有超过40 nm的光学带宽、低插入损耗以及完全可重构的路由功能，使其能够处理从图像识别到实时信号处理等各种任务。

在人工智能和无人机集群中的应用潜力

研究人员表示，这种高度的片上并行性可为人工智能模型提供一种高能效的替代方案，替代当今的图形处理器（GPU）。依赖大量相同数学运算的神经网络，可以自然地映射到芯片的多通道结构上。

低延迟特性也使该技术对边缘设备极具吸引力，无论是高频交易服务器还是无人机集群，这些应用场景中毫秒必争且功耗预算紧张。

除了人工智能，该架构还可能加速物理模拟、医学成像以及其他在纯电子硬件上运行困难的数据密集型工作负载。项目工程师韩西林强调，所有这些性能提升都不需要缩小器件特征尺寸或提高时钟频率：“我们增加的是车道数量，而不是限速值，”他在接受CGTN采访时表示。

类似突破：铌酸锂光子芯片中试线

在上海光机所聚焦于实验性架构取得进展的同时，另一支中国团队上周也在制造方面取得了里程碑。上海交通大学集成光子学探索芯片中心（CHIPX）宣布启动中国首条薄膜铌酸锂（TFLN）光子芯片中试生产线。

据报道，该生产线生产的六英寸晶圆已展现出超过110 GHz的调制带宽、低光学损耗以及每周一次的迭代周期 —— 这在原型实验室通常需要长得多的周期。

CHIPX主任金贤敏表示，该中试线历经十五年的材料和工艺开发才得以完成。尽管欧美更早开设了规模较小的光子芯片制造厂，但中国这条生产线采用虽脆但性能优异的铌酸锂材料，并具备年产12000片晶圆的产能，标志着中国大陆在规模化光子芯片制造方面迈出了重要一步。

总结

这两项公告凸显了本月中国在光学芯片研发和生产方面的快速步伐。然而，它们各自独立：上海光机所的多波长处理器在并行光子计算领域开辟了新天地，而CHIPX的中试线则专注于将另一类光子器件推向市场。两者合力，为这个致力于用更少电力传输更多信息的领域注入了新的动力 —— 而这一次，是真正以光速运行。

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