5月12日，长江日报记者走进湖北光谷实验室，只见一块拇指大小的透明玻璃片在操作台上静静地“躺”着。这是华中科技大学武汉光电国家研究中心和光谷实验室张新亮教授团队、董建绩教授团队联合上海交通大学唐豪教授团队，研制出的全球首款可编程三维光子神经网络芯片。

“随着人工智能对算力需求的持续增长，传统电子芯片在能耗、互连和数据搬运方面面临着越来越大的压力，而光子芯片的优势是可以让一部分计算通过光在玻璃里传播的过程来完成，且速度更快、功耗更低。”董建绩教授团队成员、华中科技大学博士生曹子榆介绍。

曹子榆拿出一张平面芯片示意图向记者解释，传统平面光子芯片好比地面车道，输入、输出通道越多，芯片面积就会按平方倍暴增。另外，处理一张图片时得先把二维图像“拆成”一长串信号，效率大打折扣。

为破解这一难题，团队另辟蹊径，采用飞秒激光直写技术，在玻璃内部直接“雕刻”出三维波导网络，并集成74个微型加热器，以实现可编程控制。

“这就像在玻璃内部搭建了一座光路立交桥。”曹子榆说，团队将芯片内部打造成了高架+隧道+地面三层互通，光信号可以上下左右自由穿梭，输入和输出可以处于不同的平面，互连在第三个维度完成。这样，芯片面积就只需随通道数线性增长。

这款芯片理论计算吞吐量达到6554TOPS（每秒万亿次操作）。实验中，芯片完成手写数字识别准确率超过93%，光学图案生成相似度超过94%。

“最重要的是可编程。”曹子榆说，“固定结构的光子芯片通常只能完成预设功能，而我们的芯片加入了可编程调控功能，同一块芯片可以经过训练适配不同的任务。也就是说，硬件结构不变，但光在芯片中完成的计算任务可以被重新配置，减少反复设计和制造芯片的成本。”

这个“玻璃光脑”能用来做什么？曹子榆说，最先可能用上它的是数据中心里的AI推理。“未来的算力中心不一定只依靠电子芯片‘硬跑’，光会承担越来越多的角色，比如在高速互连、计算核心等方面。我们关注的是，在光电融合系统里让计算由光更高效地完成。”

由于光子芯片天然支持二维图像直接输入，在自动驾驶、医疗影像、航空航天等领域应用潜力巨大。曹子榆说：“光信号本身对电磁干扰不敏感，这让光子芯片在复杂环境中具有潜在优势。未来，如果能把低功耗、快响应和片上图像处理结合起来，光子芯片在卫星、空间站等场景中也可能得到应用。”她表示，目前已有企业与团队初步接洽，关注这项技术在先进封装和AI推理硬件中的潜在应用。团队还计划在一年内研制出千通道级光子芯片。

“8年前，我填报光电类专业，就是冲着武汉光谷来的。”曹子榆笑着说，“我们团队所在的武汉光电国家研究中心、光谷实验室多年积累的平台、人才和影响力，是我们能走到这一步的基础。我期待未来从光谷‘走’出去的光子芯片能处于AI算力系统的核心位置。”

编辑：赖俊