光由于天然具備高速、寬帶寬、并行傳播的特性，非常適合于解決人工智能中大量線性計算所帶來的算力問題。然而，現有的光學線性計算架構往往依賴于復雜的光束相互作用來完成向量的乘加運算，同時在電光調制中依賴于大量的DAC進行數模轉換，因此難以同時實現通用計算芯片中維度擴展和任意編程這兩個需求，通常作為專用芯片應用于特定任務來盡量減少對光學計算單元的編程。
麥姆斯咨詢獲悉，近日，清華大學電子工程系黃翊東教授團隊馮雪、李永卓的研究小組在通用線性光計算的研究中取得進展，提出了“光子算盤”計算架構。該架構由獨立的“光源-探測器對”作為基本計算單元，名為“光子算珠”，通過將待計算的數據分別編碼在光源和探測器上來實現乘加運算。同時采用獨創的時空編碼量化方案進行數模混合計算，通過“光子算珠”時間和空間上的開關狀態來編碼待計算的數據而不需要使用DAC進行數模轉換，與中國傳統算盤的運算方式頗為相似。
光子算盤計算架構
因此，“光子算盤”計算架構完美解決了前述線性光計算所面臨的兩個問題，通過復制、重組、編碼“光子算珠”，“光子算盤”可以在保持可重構、可編程特性的同時達到任意的維度擴展，同時大大避免了傳統方案電光調制中DAC所帶來的延時、能耗、面積等代價。“光子算盤”架構為光計算從專用芯片到通用芯片邁出重要一步。
實驗上，研究團隊基于64維VCSEL芯片和碲化鉬二維材料探測器芯片組成64維“光子算盤”，并在隨機生成向量內積測試中達到98%以上的計算保真度。更進一步，利用此“光子算盤”在MNIST手寫數字識別任務中達到88%分類準確率，并成功求解了1024維隨機生成伊辛問題，這是目前已報道維度最高的光學模擬退火伊辛機。
光子算盤實現多種計算任務
2026年1月1日，相關研究成果以“算盤——可擴展光學線性向量機”（SUANPAN: scalable photonic linear vector machine）為題，在線發表于《光：科學與應用》（Light: Science & Applications）。清華大學電子工程系2022級博士生楊梓躍和李晨為論文的共同第一作者，馮雪副教授、李永卓副研究員和黃翊東教授為論文的通訊作者。論文的合作單位還包括北京大學，深圳博升光電科技有限公司和深圳技術大學。研究得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41377-025-02059-7
《全球激光器技術、市場及應用-2025版》
《VCSEL專利態勢分析-2022版》
《VCSEL期刊文獻檢索與分析-2022版》
《單光子雪崩二極管（SPAD）專利態勢分析-2023版》
《銦鎵砷（InGaAs）光電探測器專利態勢分析-2025版》
《量子點光電傳感器專利態勢分析-2024版》
《蘋果在量子點光電傳感器領域的發明專利與產業布局分析》
