中国科研团队突破性推出多功能光计算芯片LightIN
近日，国家信息光电子创新中心联合光通信技术和网络全国重点实验室、鹏城实验室，成功推出一款多功能可编程光电融合门阵列系统，命名为LightIN。该系统融合了光子与电子技术优势，为光计算领域带来新的突破。
LightIN系统由三部分构成：可编程光子芯片、电子控制单元以及测试-编译-调节（TCA）智能配置框架。该系统具备光子计算加速、信号处理、网络交换和安全加密等多项功能，显著提升了系统集成度与运算效率。
LightIN的核心为一枚采用SOI工艺制造的硅基集成光子芯片，其采用4×4方形循环网格拓扑结构，集成40个可编程单元，共包含160余个器件。研究团队自主研发的TCA智能配置框架，无需依赖片内监测光电探测器，即可高效完成芯片功能的配置与调节。
在计算加速方面，LightIN实现了4×4双向酉矩阵和3×3非酉矩阵乘法，计算速度超过1.92TOPS，计算精度达到6.22比特，光子核心能效为1.875pJ/MAC。基于该系统构建的神经网络在Iris数据集上的在线推理准确率高达93.33%，总延迟低于260皮秒。该表现表明，在AI大模型训练中，大量矩阵运算任务可通过光电子融合方式实现低延迟高效处理。
在信号处理领域，LightIN可用于微环调制器的自动波长锁定，支持5至32Gb/s的NRZ调制系统。在25℃和35℃的测试环境下，系统信噪比稳定在17dB以上，Q因子超过7，验证了其在光I/O系统稳定运行中的良好适应性。
在光交换功能方面，研究团队利用LightIN实现了4×4通道交换，端口间串扰在1560nm中心波长处最低可达-45dB。这一成果为数据中心的互联提供了高可靠、低串扰的解决方案。
在安全加密领域，团队在LightIN中实现了硅基光子物理不可克隆功能（PUF）。测试结果显示，芯片内汉明距离为1.7%，芯片间汉明距离达50.15%。这种特性为每台设备赋予了独特的“光子指纹”，在AI集群数据传输中可提供硬件级安全保障，有效抵御外部攻击。
LightIN系统的成功开发，不仅验证了单芯片实现计算加速、信号处理、光交换与安全加密等多功能集成的可行性，也为大规模光子集成电路和光电子融合AI集群的发展奠定了坚实基础。