最近，中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室微波光电子课题组李明研究员-祝宁华院士团队研制出一款超高集成度光学卷积处理器。相关研究成果以Compact optical convolution processing unit based on multimode interference为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-023-38786-x）上。

光计算是一种利用光波作为载体进行信息处理的技术，具有大带宽、低延时、低功耗等优点，提供了一种“传输即计算，结构即功能”的计算架构，有望避免冯·诺依曼计算范式中存在的数据潮汐传输问题。光计算近年来备受关注，但在大部分已报道的光计算方案中，光学元件的数量随着计算矩阵的规模呈二次增长趋势，这使得光计算芯片规模扩展面临挑战。

该团队提出的光学卷积处理单元实验验证了手写数字图像特征提取和分类能力。结果表明，图像特征提取精度达到5 bit；对来自MNIST手写数字数据库的手写数字进行十分类，准确率达92.17%。与其他光计算方案相比，该方案具有如下优点：（1）高算力密度：将光波分复用技术与光多模干涉技术相结合，采用4个调控单元实现3个2×2实值Kernel并行运算，算力密度达到12.74-T MACs/s/mm2。（2）线性扩展性：调控单元数量随着矩阵规模线性增长，具有很强的大规模集成的潜力。

此前全球龙头的光子计算公司Lightmatter声称，公司已经通过结合电子学、光子学和新型算法，Lightmatter构建了针对AI的下一代计算平台。这种光子计算平台能够节省能源，减少数据的碳足迹和运营成本，为AI的快速发展提供源源不断的动力。

Lightmatter研发了三类光子技术产品：Envise、Passage和Idiom，提供一整套硬件和软件解决方案，旨在释放光子计算和互连技术的优势。

其中，Envise 4S 在服务器中配置了16个Envise芯片，功耗仅为3KW，可以以超高的性能运行目前世界上最大的神经网络，具有可靠性、可用性和可维护性的特点。Passage为并排集成的晶体管提供了一个功能强大的接口，它使用 CPU、GPU、FPGA、DRAM 和 ASIC 的异构块进行晶圆级处理，内设光子互连，无需连接光纤，降低了高性能计算系统所需的成本。

根据Lightmatter测试数据推算，Envise芯片的运行速度比最先进的NvidiaA100 AI芯片快1.5至10倍，Envise的速度是英伟达（Nvidia）芯片的5倍，并且仅消耗了其六分之一的功率。

限制AI芯片三大瓶颈，摩尔定律天花板将至

半导体光刻工艺水平的发展是以芯片为核心的电子计算机的基石，目前半导体光刻的制造工艺几乎是摩尔定律的物理极限，随着制造工艺的越来越小，芯片内晶体管单元已经接近分子尺度，半导体制作工艺的“瓶颈效应”越来越明显。

随着全球化以及科技特别是近年来人工智能的高速发展，需要处理的数据量在急剧增加，相应的数据处理模型和算法也在不断增加，带来的结果就是对算力和功耗的要求不断提高，而目前电子计算机存在传输瓶颈、功耗增加以及算力瓶颈等问题，已越来越难以满足大数据时代对算力与功耗的需求，因此提高运算速度同时降低运算功耗是目前面临的紧要问题。

用魔法打败魔法，超越摩尔中明确指出电子芯片难以为继。2019年，美国国防部高级研究计划局 （DARPA） 启动“未来计算系统”项目，目的是研究基于知识/推理的引擎，具备深度学习能力、高算力和低功耗的集成光子芯片。

光计算提升性能和用电优势明显，下一代技术的奠基者

光信号以光速传输，速度提升明显，能承载超大信息传输量

光具有天然的并行处理能力以及成熟的波分复用技术，从而使数据处理能力和容量及带宽大幅度提升

光计算功耗有望低至10~18 J/bit，解决能源紧张等问题。据统计，训练一个大型语言模型所消耗的能量大约比100个美国家庭一年的消耗总量还要多，除非创建一种新的计算范式，否则到本世纪末，AI模型将消耗世界总电力的10%-20%。

并行性运算特点优良，用光学神经网络等算法和硬件架构的发展，为图像识别、语音识别、虚拟现实等人工智能技术对算力的需求提供了最有潜力的解决方案。

A股相关标的汇总

仕佳光子688313：光芯片国内第一股 ---PLC芯片全球占有率第一达53%，光芯片细分行业绝对龙头，公司是国内光通信行业光芯片及器件领军企业，同时也是DFB激光器国内少数掌握技术的企业。

中科院半导体研究所是公司第四大股东，这次中科院成功研制出超高集成度光学卷积处理器，相信仕佳光子有着重大技术支持。

仕佳光子互动平台表示，在光计算领域，O波段LWDM大功率DFB激光器芯片在光计算领域已开始送样及样品单阶段。

赛微电子300456：公司是全球领先的MEMS芯片专业制造厂商，一直致力于为全球通信、生物医疗、工业汽车、消费电子等各领域客户提供一流的MEMS工艺开发及晶圆制造服务。硅光子通信技术是基于硅材料，利用光传输数据，以半导体工艺进行光器件开发与集成的新一代通信技术，用于实现芯片内应用于光通信、光互联和光计算，以满足5G与物联网时代不断增长的通信与传输需求，光芯片又是光模块中的核心部件，公司长期为客户提供硅光子芯片的MEMS工艺开发与晶圆制造服务。

公司北京FAB3-MEMS产线的设计产能为3万片晶圆/月，处于持续建设状态，截至2022年末已建成的产能为1万片晶圆/月，2022年全年产能为82,500片晶圆，2022年北京FAB3产线的产能利用率为16.90%，晶圆生产良率为72.69%。

公司瑞典Silex FAB1&2 保持全球纯MEMS代工领域龙头地位，2012年至今，Silex在全球MEMS代工厂营收排名中一直位居前五，在纯代工领域则位居第二。通过瑞典孙公司1.93亿收购Corem Science Fastighets AB 100%股权协议，瑞典silex现有土地上自持物业，或在适当时机启动量产线产能建设，从而瑞典silex真正形成工艺开发+规模量产并行经营能力。

跃岭股份002725：中科光芯是中科院福建物质结构研究所课题组组长、博士生导师，拥有二十多年半导体激光器研发及光电子集成制程平台经验的苏辉博士创立。公司拥有完整的外延生长、芯片微纳加工及器件封装产业线，现有产品包括外延片、芯片、TO器件、蝶形器件、PON器件、光模块等，是一家真正拥有独立自主知识产权的，能够独立设计并量产光芯片和器件的高新技术企业。

公司作为具有核心知识产权的高端制造业，已经获批12个国家专利，同时由于技术的领先性与中科院 等科研单位共同承担包括国家“863”项目，军工 项目等多个国家级、省级重大科研项目等多个项目，合计科研支持经费达3000万元。此外公司还获得了国务院“重点华侨华人创业团队”，高新技术产业企业的证书，质量文化促进会员单位等多个荣誉。

中科光芯在福州、石狮和深圳均建有研发中心、生产线，年销售量超过几千万颗光芯片及器件，产品得到了中兴、华为等国内主流通讯厂商的认可。同时，中科光芯与特发信息、国盾量子、中兴光子等企业开展科研合作，项目涉及硅光、量子通讯等前瞻性产业，与中科院物构所、中科院半导体所、清华大学等科研单位及高校开展产学研合作，承接了众多前沿科研项目。

中科光芯已申请光刻机专利。一种光刻机曝光使用夹具制造技术本实用新型专利技术提供一种光刻机曝光使用夹具。

目前中科光芯为跃岭股份参股子公司，参股比例10.89%。同时跃岭股份实控人、董事长林仙明先生是中科光芯的董事之一。由此可见，跃岭股份并非完全作为财务投资，而是实打实的参与了中科光芯的生产、研发、管理之中。

作为国内光芯片的最核心公司，中科光芯目前正在积极寻求IPO上市，一级市场估值在300亿~500亿之间。按照目前跃岭股份10.89%的股权，对应估值超过30亿+。目前跃岭股份总市值仅25.5亿，严重低估。

$跃岭股份(SZ002725)$$赛微电子(SZ300456)$$仕佳光子(SH688313)$

（来源：zhy2567875的财富号 2023-06-11 14:00） [点击查看原文]

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