近日，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部谢鹏研究员团队在解决“光芯片上高密度信息并行处理”难题上取得突破，研制出超高并行光计算集成芯片-“流星一号”（如图1所示），实现了并行度>100的光计算原型验证系统。
图1.超高并行光计算集成芯片-“流星一号”
光计算作为非冯?诺伊曼结构代表，具有可扩展、低功耗、超高速、宽带宽、高并行度的天然优势，是后摩尔时代破解高维张量运算、复杂图像处理等大规模数据快速计算的关键技术，为人工智能、科学计算、多模态融合感知、超大规模数据交换等“算力密集+能耗敏感”场景提供硬件加速。过往几年，学术界和产业界持续对光计算芯片的矩阵规模、光学主频开展深度探索，以台积电的光计算芯片矩阵规模（~512x512）和美国加州理工学院的光计算光学主频（>100GHz）为典型代表，分别呈现逼近工艺极限和物理极限的趋势，进一步取得突破难度颇大。因而，有效扩展计算并行度是光计算性能提升的前沿发展方向，也是光计算迈向实用的必由之路。
上海光机所研究团队围绕光计算技术并行度提升，创新超高并行光计算架构（如图2所示），破解光计算芯片的信息高密度信道串扰抑制、低时延光信号高精度同步和跨尺度高密度器件集成等核心挑战，在融合了多波长光源、高速光交互、可重构光计算、高精度光矩阵驱动和并行光电混合计算算法的基础上,成功研发了全新片上并行光计算集成芯片系统。该系统核心光芯片全部自主研制，包含了自主研制的集成微腔光频梳(频率间隔~50GHz，输出光谱范围>80nm，可支撑波长复用计算通道数>200)，作为芯片级多波长光源子系统；自主研制的大带宽、低时延、可重构光计算芯片(通光带宽>40nm)，作为高性能并行计算核心；自主研制的高精度、大规模、可扩展的驱动板卡，作为光学矩阵驱动子系统(通道数>256)；基于该光子集成芯片系统，首次验证了并行度>100的片上光信息交互与计算原型；在50GHz光学主频下，单芯片理论峰值算力>2560TOPS ，功耗比>3.2TOPS/W。
此研究进展为突破光计算的计算密度瓶颈，提升光计算性能开辟了新途径，为发展低功耗、低时延、大算力、高速率的超级光子计算机带来了可能性。
图2.超高并行光计算架构
