根据摩尔定律，集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。但当集成电路领域进入后摩尔时代，人们在追求极致的物理工艺的同时，也在探索其他提升算力的方式。2021年12月15日，光子计算芯片公司曦智科技发布了其最新高性能光子计算处理器——PACE（Photonic Arithmetic Computing Engine，光子计算引擎），——单个光子芯片中集成超过10,000个光子器件，运行1GHz系统时钟，运行特定循环神经网络速度可达目前高端GPU的数百倍，PACE成功验证了光子计算的优越性。
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光子计算的优势
电子芯片发展目前面临着三个主要瓶颈：算力、数据传输和存储。算力瓶颈主要来源于两方面，第一个方面是大众所了解的摩尔定律，第二个算力限制主要是功耗和发热问题。
第一个部分就是通过光来做矩阵的乘积累加运算，我们叫oMAC。oMAC是一种模拟计算，通过光模拟信号代替传统电子进行数据处理，数据可以加载在光的强度或者相位上面，通过在波导里的传播相互干涉，同时进行运算。
而且光在传播的时候自身并不会发热，承载的硅光芯片工艺制程要求也比较低，比如65或者45纳米的CMOS工艺线就可以满足现在光芯片、光计算所有的要求。综合各种特性使得光计算完成一个矩阵运算所要花的时间远远少于电芯片。
第二部分技术叫oNOC，片上的光网络，主要是通过用波导代替铜导线的方式，在片上进行数据传输，包括实现片与片之间的光通信。这样的优势在于带宽更好，能耗更低，传输延时远小于铜导线，这就减少了距离带来的很多问题。片上光网络的通用性强，因为它可以与不同类型的电子芯片结合，能够为像访问存储芯片或者在不同的计算芯片之间提供一个更高速、更低功耗互联的方式。
由此可以看出，光电混合计算系统将光学计算的带宽和速度与电子计算的灵活性相结合，并且可以在模拟和数字光学/光电/电子系统中利用通用的节能技术基础。
PACE光子计算处理器
PACE的结构由光芯片和电芯片这两部分组成。电芯片上主要做数据的存储和数模混合的调度；光芯片上主要做数据计算。最后，光芯片和电芯片会做3D封装技术倒装的堆叠。相比于曦智科技在2019年推出光子芯片原型板卡，PACE在光子器件的集成度上比之前提高近了两个数量级，即从100个光子器件提高到10000个光子器件。从运行系统时钟上来看，PACE提高了四个数量级，目前基本达到电子芯片的时钟——一个GHz系统时钟。曦智科技表示，未来可以将向上提高1到2个数量级时钟。
总体来说，此次单个芯片计算能力超过2019年芯片的100万倍，与目前市场上的单个算力最高的英伟达GPU3080相比，两者同时跑一个循环神经网络算法，PACE的耗时只有GPU3080的1%以内。
PACE的商业化应用
PACE能够帮助解决NP-Complete Problem，从数学角度，这可能是现在全球最难以解决或者难以高效解决的数学问题，它的中文翻译叫多项式复杂程度非确定性问题。PACE还能够解决涉及比如生物信息里蛋白质结构的预测、物流交通调度、芯片设计、材料研发，这些常见的问题。如果PACE能够有效解决其中一个问题，其解决方法也可以被映射到其他问题上去。所以，PACE目前还是有比较多的商业应用前景。
曦智科技创始人兼CEO沈亦晨博士表示：“PACE是曦智科技继2019年发布全球首款光子芯片原型板卡后，推出的最新光子计算处理器。它对全球半导体行业和算力技术研发的重要里程碑意义在于，首次验证了光子计算的优越性，也是首次展示了光子计算在人工智能和深度学习之外的应用案例。”
