大讲堂上周去苏州工业园区的一间联合实验室，凑在隔着重玻璃罩的测试台前面看那片闪着淡绿光的硅片的时候，我之前在各种科普文章里建立起来的对光子计算的模糊想象，突然就碎得稀碎。之前总觉得”用光算东西”是离日常很远的概念，结果站在测试台旁边，看着研究员拿着指甲盖大的光纤头，精准对准芯片上的微米级输入端口的时候，我突然反应过来——这东西根本不是什么实验室里的玩具，是已经摸到了产业化门槛的真家伙。
你以为的光子计算，还是拿手电筒照算盘？
之前刷短视频刷到某条讲光子计算的内容，up主举着个手电筒对着一块玻璃片，说”这就是未来的光子计算机”，我当时差点把嘴里的珍珠奶茶喷在屏幕上。
说真的，太多人对这个东西的误解，还停留在”把电换成光就行”的层面。
现在的硅基芯片跑久了发烫，本质是什么？是电子在纳米级的晶体管里撞来撞去，就像晚高峰的内环高架，所有车挤在同一条道上，跑不快就算了，还因为摩擦攒了满路的热量。你要把算力再往上提？就得把晶体管做的更小，把通道挤的更密，最后撞的更厉害，热的更凶——这就是现在卡了整个行业快十年的功耗墙。
那光呢？光子根本没有静质量，在纯度够高的介质波导里跑的时候，几乎不会跟周围的东西产生相互作用，更有意思的是，不同波长的光，甚至能在同一条波导通道里并行传输，各走各的，连减速会车都不需要。相当于直接在原来的电子高架上面，架了一整层的光速专用道，多少条车道都不堵，也几乎不产生额外的热量。
我之前看到过某篇通稿吹，说光子计算能把大模型推理速度提1000倍，当时我盯着这句话愣了三分钟。哪有这么玄乎？光子计算最擅长的根本不是通用计算，是天生适配矩阵乘法的推理场景。你想啊，大模型跑推理的时候，本质就是把输入的文本转成一堆向量，跟模型里存的权重矩阵做乘法，整个过程的计算量占了总推理量的90%以上——刚好就是光最擅长的活。它根本不跟CPU、GPU抢所有的计算饭碗，只是在这一类特定的计算上，能做到比现在的电芯片快几个量级，能耗还低得多。
实验室里的那片淡绿，到底藏了什么猫腻
当时站在测试台旁边，研究员给我指了指芯片上那层闪着绿光的光路，说这就是整个芯片的核心运算区。
说穿了一点都不复杂。你小时候肯定玩过三棱镜，白光穿过去的时候，不同波长的光会因为折射率不一样，被偏折到不同的角度，对吧？光子芯片里的矩阵运算单元，本质就是把这个偏折的过程给”定制”了——我们提前把模型里的权重值，换算成每个波导的弯折角度、每个调制器的折射率，当带着输入信息的多波长光从入口进去的时候，穿过整个光路的瞬间，不同波长的光会按照预设的角度偏折，最后从出口出来的光强分布，就是矩阵乘法算出来的结果。
快到什么程度？整个光在芯片里跑1厘米的时间，也就30皮秒，比现在电信号在铜互连里跑的速度快了上百倍，连个反应的间隙都不需要。
当然，吹的神乎其神的”零能耗”，纯纯是扯。你总不能让光自己凭空从芯片入口飞进来吧？外面的激光器要供电，最后把出口的光强转成能被主板识别的电信号，探测器也要耗电，甚至调整波导折射率的调制器，也得靠电来加热或者加电压才能改参数。只是跟现在的高端GPU比，同样算一次千亿参数大模型的推理任务，光子芯片的总能耗能砍到原来的1/10都不到——但短板也扎眼得很。
当前光子芯片的核心短板，是调制速度根本追不上电芯片。现在主流的热光调制器，调一次折射率要几十微秒，跟电芯片纳秒级的响应速度比，慢得像蜗牛爬。你要是想拿它做模型训练？那可太费劲了——训练的时候要反复调整权重值，也就是反复拧调制器的”螺丝”，等你调完一次参数，人家电芯片都跑了几百轮迭代了。所以现在所有能拿出手的光子计算原型，全都是先把训练好的权重”刻”在芯片里，专门跑固定权重的推理任务，灵活性差得远。
当时研究员跟我吐槽，说第一次流片回来的时候，整个团队熬了三个通宵测参数，结果发现光从入口进去，走了半厘米就全漏没了。原因是波导的侧壁粗糙度比设计值高了两个数量级，光在里面撞来撞去全从侧壁跑出去了，连个稳定的波形都测不出来。后来他们把流片的工艺参数改了三版，把侧壁的粗糙度压到了纳米级，才终于在示波器上看到了第一组符合预期的运算结果。那天整个实验室的人凑在示波器前面盯着那道亮起来的波形，连点的黄焖鸡外卖凉透了都没人想起吃。
别着急喊”硅基末日”，它现在还在爬呢
从实验室出来那天，我刷到好几条资本圈的通稿，说光子计算要取代GPU，要把硅基芯片的时代给终结了。每次看到这种话我都想笑。
真的，技术的发展从来不是什么横空出世的神话。现在我们手里的CPU，是整个行业花了快六十年，攒了几十亿个晶体管，把良率从最初的1%磨到99%，摸爬滚打才做到能装在手机里随便用的。那现在的光子计算呢？全球能拿出手的最高集成度的光子芯片，也就集成了几千个调制器，离能跑完整大模型需要的百万级集成度，差着好几个数量级呢。
而且最核心的问题是，现在所有的光子计算原型，根本就不是”全光”的。你总不能让光当内存用吧？光一停，之前存的所有数据全没了，连个临时缓存都做不到。从输入的电信号转成光信号，到最后光信号转成电信号读结果，中间的转换环节现在还是靠原来的电芯片在做，说白了就是个”光算，电存”的混合架构，离那种传说中全光的、能跑通用计算的光子计算机，差得不是一点半点。
之前跟一个做了十年光模块的朋友聊天，他说现在行业里真正在落地的应用，根本不是什么替代GPU跑大模型，是数据中心里的算力传输环节。现在的数据中心里，服务器之间传数据，全靠光模块把电信号转成光信号跑光纤，传到对面再转成电信号，光转换的能耗占了整个数据中心总能耗的30%。最先落地的场景根本不是消费级的个人电脑，是数据中心里的算力传输环节——如果能把光信号的传输和光子计算的单元直接整合到一起，连中间反复转换的步骤都省了，这才是未来五到十年真能量产、真能降本的东西。
至于那种能塞进你笔记本里、能跑通用计算的全光芯片？别太着急盼着。技术这东西从来不是靠喊口号就能跑起来的，就是一群人蹲在测试台前面，熬着通宵，把漏光的波导一点点磨顺，把参数一点点调对，慢慢攒出来的。
上周从实验室出来的时候，傍晚的风裹着路边的桂花香吹过来，我手里攥着当时拍的那片淡绿光芯片的照片，突然觉得，所谓的技术革新，从来不是要把原来的东西全砸烂重来。能把现在堵得水泄不通的算力高架，多开几条不堵车的光速车道，让大家能更低成本的用上大模型，就已经是很了不起的事了。
作者|科技
排版|科技
审核|知知