[打听，资料] 集成光学芯片商业化：集成光路瓶颈克服了吗？（关联：integrated large-scale photonic）

一、NATURE：Photonic chips provide a processing boost for AI 光子芯片为人工智能提供处理能力

https://www.nature.com/articles/d41586-025-00907-5

   Writing in Nature, Hua et al.2 and Ahmed et al.3 demonstrate complementary breakthroughs using silicon photonics — semiconductor chips that process light, rather than electricity — to increase computational performance, while decreasing energy consumption. Their electronic–photonic computing systems have key performance metrics that are comparable to, and in some cases surpass, purely electronic processors in real-world applications. This represents a significant leap towards finally capitalizing on the promise of photonic computing.

   【机器翻译】Hua等人2和Ahmed等人3在《自然》杂志上发表文章，展示了使用硅光子学（处理光而不是电的半导体芯片）来提高计算性能，同时降低能耗的互补突破。他们的电子-光子计算系统的关键性能指标与现实世界应用中的纯电子处理器相当，在某些情况下甚至超过了纯电子处理器。这代表着朝着最终利用光子计算的前景迈出了一大步。

    In particular, photonics performs linear operations, in which there is a simple proportional relationship between input and output data, more efficiently than electronics does. Electronics, meanwhile, excels at non-linear operations, in which the input and output data are related by more complex mathematical functions that do not preserve a proportional relationship between the two.

   【机器翻译】特别是，光子学比电子学更有效地执行线性操作，其中输入和输出数据之间存在简单的比例关系。与此同时，电子学擅长非线性运算，其中输入和输出数据通过更复杂的数学函数相关联，这些函数不能保持两者之间的比例关系。

   Much of the physical advantage of optical computing lies in its superior bandwidth and capacity for massive parallelism7. Both current demonstrations2,3 are limited by a clock speed — the number of operations that a processor can perform in one second — of the order of 1 gigahertz, whereas optical architectures and photonic devices can support speeds in excess of 100 gigahertz8 with minimal power dissipation. Furthermore, both demonstrations use monochromatic light in a single spatial waveguide mode. This leaves plenty of room for future improvements that could use many frequency and spatial modes in parallel. Finally, it remains to be seen whether these systems can maintain performance when they are scaled to the complex and dynamic workloads of commercial AI deployments.

   【机器翻译】光学计算的大部分物理优势在于其优越的带宽和大规模并行处理能力7。目前的两个演示2,3都受到时钟速度的限制，时钟速度是处理器在一秒钟内可以执行的操作数量，大约为1千兆赫，而光学架构和光子器件可以在最小的功耗下支持超过100千兆赫的速度8。此外，这两个演示都使用单空间波导模式中的单色光。这为未来的改进留下了很大的空间，可以并行使用许多频率和空间模式。最后，这些系统在扩展到商业人工智能部署的复杂和动态工作负载时是否能够保持性能还有待观察。

https://www.nature.com/articles/d41586-025-00907-5

二、未来几十年，集成芯片的主流技术，都有哪些？

   （1）纯电的集成芯片，应该如有不小的比例吧？

   特别是在“功率”芯片方面？

   （2）光电混合（“光”“电”共生集成芯片），应该是“最主流”？

   特别是在纯粹的信息处理方面？

   （3）纯粹的“光学集成”芯片，还需要哪些原理性的突破？

三、从中长期看：我比较看好“光”“电”共生的集成芯片

   通俗些，就是“光的快速，信息量大”，和“电的灵活性，易加工性”的优势互补。

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1467814.html

   今后未来，“纯电”集成芯片的重要方向，是“电场”的有效利用，即“半电路、半电磁场”电路（芯片，集成电路）。

参考资料：

[1] Shiyue Hua, Erwan Divita, Shanshan Yu, et al. An integrated large-scale photonic accelerator with ultralow latency. Nature 640, 361–367 (2025).

doi:  10.1038/s41586-025-08786-6

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08786-6

[2] Anthony Rizzo. Photonic chips provide a processing boost for AI, Computer processors that exploit both electricity and light could improve the performance of artificial-intelligence systems while consuming less energy.

doi:  10.1038/d41586-025-00907-5

https://www.nature.com/articles/d41586-025-00907-5

[3] Sufi R. Ahmed, Reza Baghdadi, Mikhail Bernadskiy,et al. Universal photonic artificial intelligence acceleration. Nature 640, 368–374 (2025).

doi:  10.1038/s41586-025-08854-x

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08854-x

[4] 牛华网，2025-04-11 01:10，曦智科技时隔八年再登《Nature》，光电混合计算架构首次公开

http://www.newhua.com/2025/0411/379169.shtml

[5] 中关村论坛，2025-04-01，全体会议嘉宾演讲实录｜塞尔日·阿罗什：量子革命的四个方向和三个条件

https://www.zgcforum.com.cn/news/forum/320380

   第四个方向是量子计算，也就是说利用量子比特的肽叠加和纠缠，来解决传统计算机无法解决的问题，它的速度将更快，能够同时进行不同的计算路径。很难去预测哪个技术能够在哪一天实现，有些可能在未来几年就能够有些成果，有其他的一些方向可能要等几十年的时间。

[6] 科普中国，2025-04-11，Nature重磅：后晶体管时代！新型光子AI处理器媲美传统电子计算

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=594839

   本周《自然》杂志上的两篇重磅论文，介绍了一种结合“光”和“电”的计算机芯片，展示了利用硅基光子学技术的互补突破。这两项工作利用了一种既处理电信号又利用光信号的新型芯片，在提升计算性能的同时也能降低能耗。

   经过实际应用测试，他们提出的电子–光子混合计算系统在关键性能指标上不仅能够与纯电子处理器相媲美，在某些实际应用中甚至表现出超越电子处理器的优势。这标志着我们朝着真正实现光子计算潜能迈出了重要一步。

[7] 1995，关于“互容”概念的意义[J]. 电气电子教学学报，1995，17(4): 35-39.

https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQDZ199504010.htm

https://www.cqvip.com/doc/journal/986242635

https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/Ch9QZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjUwMTA0MTcwMjI2Eg5RSzE5OTUwMDA0NjA5MhoIZHI1YmViOWs%3D

相关链接：

[1] 2025-01-28 02:23，[小资料，科普，要点] “电子瓶颈”、“集成光路的瓶颈（集成光路瓶颈）”

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1470711.html

[2] 2025-01-8 22:55，[优先权，笔记，展望] 新型数字JK触发器：“半电路、半电磁场”集成电路、“光”“电”共生集成芯片的关键判断

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1467963.html

[3] 2025-01-07 22:51，[优先权，笔记，展望] “光”“电”共生的集成芯片 （关联：延续“摩尔定律 Moore s law”）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1467814.html

[4] 2025-01-03 22:52，[打听，讨论] 谁是未来的主要计算机：超导、纳米（纳米管技术）、光学（光子）、DNA（生物）、量子计算机等

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1467265.html

[5] 2025-01-28 12:31，[请教，要点，笔记] 2025-01-28，“半电路、半电磁场”电路，集成电路，芯片

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1470749.html

[6] 2025-01-28 03:48，[汇总，要点，概念] “半电路、半电磁场”电路，集成电路，芯片

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1470712.html

[7] 2016-03-21 13:51，我们并不落后！“光电混合集成电路”随想

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-963896.html

感谢您的指教！

感谢您指正以上任何错误！

感谢您提供更多的相关资料！