近日，中国科学院上海光学精密机械研究所（SIOM）联合北京大学、南洋理工大学等单位组成的研究团队，成功实现了基于孤子微梳光源和马赫-曾德尔干涉仪（MZI）网格架构的100波长复用并行光计算，显著提升了光计算的可扩展性。相关研究已发表于权威光学期刊《eLight》，论文DOI为：10.1186/s43593-025-00088-8。

▲ 据传，基于该技术打造的首款高并行光计算芯片：“流星一号”Meteor-1

传统电子芯片已接近物理极限，算力瓶颈日益凸显，光计算作为新兴计算范式，凭借光子天然具备的高带宽、低延迟、低功耗等优势，被广泛认为是突破“摩尔瓶颈”的潜力方向。当前已有多种光计算尝试，例如基于空间光调制器、光栅阵列及集成光子芯片的系统，应用于机器学习、图像识别等领域，但扩展性差、误差积累和成本高企等问题仍未解决，制约了实际落地进程。

此次研究团队提出的全新光计算架构由“孤子微梳光源 + 宽带MZI网格 + 并行计算模型”三部分构成，实现了百波长并行处理。其中，孤子微梳光源可在单一芯片上稳定输出超过100条相干频率线，满足国际电信联盟（ITU）50GHz网格间距标准，为100波长复用打下基础。

在计算核心部分，研究团队基于90nm CMOS兼容工艺，在绝缘体上硅（SOI）平台制备宽带MZI网格。通过改进多模干涉仪（MMI）结构，系统显著降低了C波段（1530–1570nm）色散效应，并引入波长自适应相位补偿框架，实现矩阵一致性超90%的性能指标。最终系统达到光谱一致性0.902、向量一致性0.964，峰值每周期实现2500次乘累加（MAC）操作。

这项研究的核心亮点在于“用波长维度扩展计算能力”，而非传统“堆叠硬件面积”的思路。传统光计算芯片为提高算力，通常需要增加物理光路元件，导致芯片面积扩大、误差与功耗升高。而新架构巧妙利用光子频率维度，实现100通道并行处理，在不增加芯片面积的同时，实现超100倍算力提升。

项目负责人之一、中国科学院上海光机所韩锡林研究员形象地表示：“这种方案就像在一条光子高速公路上并行跑100辆数据卡车，每辆车载着不同波长的信息，在同一个‘收费站’完成处理。”该方案有效降低了光学损耗，并保持了极低功耗与高吞吐特性。

研究团队已在20个波长通道上完成系统验证，下一步将继续优化色散补偿算法，开发无色散MZI元件，力争实现更高波长复用度和更优系统稳定性。胡广伟教授表示：“我们的方案解决了光计算可扩展性的核心瓶颈，为光计算机的实用化铺平了道路。”

随着工艺成熟与生态完善，并行光计算将在未来AI芯片格局中占据重要一席，甚至有望在部分场景下超越电子计算架构。

参考资料：https://www.scmp.com/news/china/science/article/3315496/light-us-sanctions-china-unveils-first-parallel-optical-computing-chip-meteor-1；https://elight.springeropen.com/articles/10.1186/s43593-025-00088-8；