随着5G、大数据、人工智能等新型信息技术的迭代升级和普及应用，全球数据流量和算力需求迎来爆发式增长；同时，传统电计算芯片的性能提升面临摩尔定律演进失效、传统计算发展滞缓、算力供需矛盾日渐突出等问题。为突破算力供应的瓶颈，各类新式计算方法应运而生。其中，以光作为信息载体，通过操控光信号的干涉、衍射等传播过程完成信息处理或逻辑运算的方法，即“光计算”方法，成为业界关注热点。依托光所具有的各类宏观物理特性，光计算有望在能耗、架构、时延、带宽、工艺等方面打破现有计算体系的发展禁锢，被认为是后摩尔时代的关键计算路径之一。

光计算技术逐渐成熟

专用光计算芯片成为主流

光计算技术体系趋向模拟系统，重点适配专用场景。光计算分为数字和模拟两个技术体系。数字光计算借鉴传统计算的原理架构，采用光信号替代电信号，光学逻辑结构替换电学逻辑结构，是基于布尔代数的通用计算体系。然而，受光非线性效应弱影响，光开关、光学晶体管等关键器件研发滞缓，数字光计算发展面临较大挑战，产业落地前景不明。模拟光计算摒弃传统计算的降维过程，利用“物理效应与逻辑运算相互映射”原理，直接对高维计算模型进行处理，是实现“结构即功能、传播即计算、接收即结果”的专用计算体系。模拟光计算虽无法构建类似CPU、GPU的可编程、高精度通用计算系统，但在卷积相关、神经网络等“固定逻辑运算或算法”方面具备性能优势，理论上比先进电芯片有102～104数量级的性能提升，可有效减轻大规模语言模型、组合优化等复杂问题的算力负担，成为产业落地的主流方向。

光计算技术形态趋向集成芯片，有望摆脱先进制程的限制。光计算向集成化、小型化、轻便化方向发展，光计算芯片成为研究重点。其中，硅基光电子因其发展相对成熟、片上规模较大、器件种类丰富、CMOS工艺兼容等优势，被认为是光计算芯片的主流技术。光计算芯片普遍对工艺制程要求不高，90纳米以上成熟工艺即可满足大多数芯片的加工需求。因此，国内光计算芯片有望实现设计、加工、封装、测试的全流程国产化。

光计算技术架构趋向光电协同，部分替代传统计算。由于纯光系统研发难度大，“光计算”与“电领域”结合越发紧密，光电协同架构成为光计算的主流选择。一方面，受技术成熟度制约，光学系统自身无法完成数据存储、逻辑控制等必要操作，光计算过程需要依赖电学单元的辅助调控，整体趋向光电混合一体化；另一方面，光计算具备较强的专用属性，目前仅在矩阵加乘、压缩感知等特定算法上具备性能优势，对传统计算起到部分替代补充作用。因此，光计算芯片应用需依托片上、片间、板间等多种光互连模式，与GPU、CPU等电芯片协同配合，通过资源池化方式实现计算资源的最优配置，共同构建算力更强的新型计算系统。

光计算应用潜力较大

两大应用方向将并行发展

光计算在大容量数据处理方面相较传统计算具备显著优势，已经形成了智能计算、信号处理两个主要的应用方向。咨询公司Yole Group推测，光计算应用规模逐年扩大，下游市场大部分来自光智能计算和光信号处理领域，预计2027年为硅光产业带来2.44亿美元的市场收益，并有望触及百亿美元的潜在市场。

光智能计算与人工智能相互契合，向着多维度应用场景积极拓展。一方面，人工智能对计算精度要求较低，符合光计算的性能特点；另一方面，光计算的算子类型与人工智能模型适配度较高，当前已实现多种人工智能范式，如卷积神经网络、循环神经网络等。因此，光智能计算成为近5年人工智能领域的研究热点，有望在金融、医药、交通等方面发挥算力优势。

光信号处理与微波光子紧密结合，成为下一代无线通信解决方案。随着5G技术的大规模商用，6G移动通信得到了各行各业的广泛关注，智能全息无线电技术有望成为下一代无线通信的关键技术。光计算与微波光子的结合模式在智能全息无线电领域，能够解决6G无线电网络在能效、速度和时延等方面的发展瓶颈，“光子定义无线电”备受关注。

光计算产业势头迅猛

处于产业落地的关键节点

光计算产业分布地域集中，产学研一体将逐步形成。光计算产业布局较集中，主要分布在美国、中国、欧洲、加拿大、日本等国家和地区。其中，美国和欧洲在光计算领域布局稍早，产业整体实力较强。光计算产业发展的主力军是初创公司，其前身大多来自科研院所的创业团队，通过自主研发转化连接产学两界，实现产学研一体化持续推进。全球已成立20家左右光计算相关的初创公司，如Lightmatter、Optalysys、LightOn等，累计获得超10亿美元的金融投资。同时，英特尔、英伟达等龙头企业也开始关注光计算技术，并提出相应的发展规划。

光计算产业进程趋向市场，计算加速有望成主流产品。自21世纪初起，光计算领域受到各方高度关注，成为相关产业机构的重要布局方向。经过多年发展，部分公司已推出基于光计算的早期定制化产品或原型样机，并交付能源、金融、互联网等客户使用，光计算技术开始走向应用市场。算力加速有望成为光计算的主流产品形态。尽管当前光计算加速器成本较高且尚未形成突出的性能优势，但其凭借大带宽、低时延等应用场景中算力提升关键问题的潜力，在下游计算市场具备较大的发展空间。总体来看，光计算产业发展处于从技术验证向成熟应用的落地初期。

光计算产业生态尚需完善，体系化布局成为发展重点。当前，光计算领域各产业机构采用的技术方案和商业定位并不一致，呈现“百花齐放”的发展态势。体系化生态布局成为后续产业发展的关键因素。光计算产业需要在战略需求的引领下，集中各机构的资源，共同解决配套技术缺失、关键卡点无人攻克等核心问题，促进早期产品与专有产线、应用场景的反复适配，努力构建研发、生产、市场一体的产业化闭环。

我国具备良好发展基础

但与国际先进水平仍有差距

我国光计算发展进程与国外相当，具备参与全球产业竞争的良好基础。在技术方面，针对当前大部分主流方案，国内均有相关机构布局，在算法、器件和架构研究层面处于全球第一梯队；在产业方面，我国已涌现出曦智科技、光子算数、华为等行业领先企业，并已推出部分早期的商业化产品，产业发展势头强劲。可以说，国内光计算发展已进入产业落地初期。

然而，我国光计算产业在基础理论、设计工具等领域较国际先进水平依然存在一定差距。同时，光计算系统的加工制造高度依赖海外代工厂，产业生态仍不够完善。未来，我国需要加大对光计算这一新兴方向的支持力度，筑牢技术基础，补齐产业短板，集技术、产业、资本之合力，助推光计算领域的高质量发展。