重磅！我国成功研制多功能光电融合芯片LightIN

一、系统概况与研发背景

近日，国家信息光电子创新中心、光通信技术和网络全国重点实验室、鹏城实验室联合研发出多功能可编程的光电融合门阵列系统（P-FPGA）——LightIN。相关成果发表于 Nature 子刊 Light: Science & Applications 15：165。

随着人工智能模型规模不断扩大，传统电子计算集群在功耗、存储、互连和速度等方面面临瓶颈。硅光子技术虽有高速等优势且已在数据传输广泛应用，但现有硅光集成芯片存在功能适配性不足、软硬件协同不够等问题。

二、系统组成与核心亮点

LightIN 由可编程光子芯片、电子控制模块和测试 - 编译 - 调节（TCA）智能配置框架组成。其核心是一枚采用 SOI 工艺制造的硅基集成光子芯片，采用 4×4 方形循环网格拓扑，集成 40 个可编程单元（共计 160 余个器件）。研究团队自研 TCA 智能配置框架，无需片内监测光电探测器就能实现芯片功能高效配置与可靠调节。

三、多领域性能卓越

• 计算加速
  ：实现 4×4 双向酉矩阵和 3×3 非酉矩阵乘法，计算速度超 1.92TOPS，精度超 6.22 比特，光子核心能效达 1.875pJ/MAC。基于该系统构建的神经网络在 Iris 数据集上在线推理准确率达 93.33%，总时延低于 260 皮秒，可实现 AI 大模型训练矩阵运算的极低延迟数据处理。
• 信号处理
  ：可用于微环调制器自动波长锁定，支持 5 至 32Gb/s 的 NRZ 调制系统。在 25℃和 35℃环境下，均能保持 17dB 以上信噪比和 7 以上 Q 因子，验证了光 I/O 稳定运行的应用潜力。
• 光交换
  ：实现 4×4 通道交换，在 1560nm 中心波长处端口间串扰最低可达 -45dB，为数据中心互联提供高可靠解决方案。
• 安全加密
  ：实现硅基光子物理不可克隆功能，芯片内汉明距离为 1.7%，芯片间为 50.15%，为 AI 集群数据传输提供硬件级安全保障。

四、行业意义与发展前景

LightIN 证明了单芯片实现多功能集成的可行性，为大规模光子集成电路和光电子融合 AI 集群发展奠定基础。中国信科集团作为我国光电子信息领域龙头企业，长期深耕硅基光电子芯片技术研发。此次 LightIN 系统的成功研发，验证了可编程光子芯片在多功能集成方面的工程可行性，为下一代光电子 AI 集群建设奠定核心基础，将为数字经济发展注入强劲“光子动力”。

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