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光计算芯片技术利用光子加速AI计算的新范式.docx
资料介绍
光计算芯片技术利用光子加速AI计算的新范式
引言
光计算芯片利用光子而非电子进行计算，通过光的并行传播、低延迟和低功耗特性，为AI计算提供全新的加速方案。2026年，光计算技术正从学术研究走向工程化应用，在AI推理、矩阵运算和信号处理等场景中展现出独特的优势。光计算芯片在特定AI任务中的能效比已达到传统电子芯片的10倍至100倍，在数据中心加速和边缘AI推理中具有广阔的应用前景。上海交大联合光舟科技共建国内首个集成光子计算重点实验室，专项攻坚光计算芯片的关键技术。
光计算原理
光子优势
光子相比电子在计算中具有多项物理优势：
1. 并行性：光波可在同一空间中自由传播而互不干扰，天然支持大规模并行计算
2. 速度：光速是电子在导线中传播速度的数十倍，可实现极低延迟的计算
3. 功耗：光子传播不产生焦耳热，理论上可实现极低功耗的计算
4. 带宽：光的频率极高，单个光通道可承载极高的数据速率
光计算的核心优势在于利用光的并行性和低功耗特性，突破电子计算在速度和能耗方面的物理极限，为AI计算提供全新的加速路径。
模拟光计算
模拟光计算利用光波的振幅、相位和强度等物理量直接表示计算数据，通过光学干涉、衍射和散射等物理过程实现计算操作。模拟光计算在矩阵乘法等特定运算中具有极高的效率，但计算精度受噪声和器件非理想特性的限制。
光学矩阵乘法
工作原理
光学矩阵乘法是光计算的核心操作，利用光学干涉或衍射实现矩阵与向量的乘法运算。在光学矩阵乘法器中，输入数据通过调制器加载到光波上，光波通过分束器网络或衍射光栅实现加权求和，探测器阵列检测输出结果。
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