中国信科联合团队发布多功能光计算芯片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及鹏城实验室，成功研发出一款集多种功能于一体的光电融合可编程门阵列系统，命名为LightIN。该系统标志着我国在光电子融合计算领域迈出关键一步。
LightIN系统由可编程光子芯片、电子控制模块以及测试-编译-调节（TCA）智能配置框架组成，具备光子计算加速、信号处理、网络交换与安全加密等多样化能力。其设计兼顾了灵活性与性能，为光电子融合计算平台提供了新的技术路径。
在芯片设计方面，LightIN核心为一枚基于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，集成了40个可编程单元，共计160余个功能器件。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，即可完成芯片的高效配置与稳定调节。
在计算加速性能方面，LightIN支持4×4双向酉矩阵与3×3非酉矩阵乘法运算，运算速度超过1.92TOPS，精度高于6.22比特，光子核心能效达到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达到了93.33%，总延迟控制在260皮秒以内。这表明在AI大模型训练过程中，光电子融合计算可实现对大规模矩阵运算的超低延迟处理。
在信号处理能力方面，LightIN系统适用于微环调制器的自动波长锁定功能，可支持5至32Gb/s的NRZ调制系统。实验数据表明，在25℃和35℃两种温度条件下，系统均能保持17dB以上的信噪比与7以上的Q因子，验证了其在光输入/输出（I/O）接口中的稳定运行潜力。
在光交换应用上，研究团队通过LightIN实现了4×4通道的光交换操作，在1560nm中心波长下端口串扰最低可达-45dB，为数据中心之间的高速互联提供了高可靠、低延迟的解决方案。
在安全加密领域，LightIN系统实现了硅基光子物理不可克隆功能（PUF），其芯片内汉明距离为1.7%，芯片间为50.15%。该特性为每台设备生成独特的“光子指纹”，在硬件层面增强了AI集群的数据传输安全性，有效防止外部攻击。
LightIN系统的问世，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项功能的可行性，也为未来大规模光子集成电路与光电子融合AI集群的发展奠定了坚实基础。