硅再次闪耀：新文章揭示其潜力

光子学是一种有望通过使用光（红外辐射或可见光谱）作为信号载体，彻底改变高科技的方向。然而，光子波导和逻辑电路的尺寸通常比相应的硅电子元件大几个数量级。这在考虑将光子学用于大型计算任务时会造成严重困难，例如训练大型语言模型（LLM）。深度神经网络需要数百亿甚至万亿次矩阵乘法；如果每一次乘法都由光子处理器上的单独物理节点完成，所需设备的体积将超出任何合理限制。

此外，制造大规模光子电路需要完整的技术周期：硅是已经几乎完善的微电子材料，但由于其非极性特性，不适合对红外辐射进行有序化和处理。因此，即使是最有前途的光子计算机原型仍然昂贵、笨重且难以生产。

为什么硅光子学仍然引发乐观情绪？

1. 硅的非直接带隙
当电子在自由态与价带之间跃迁并发射光子时，会产生额外的能量和时间损失，使得硅激光器极其低效。

2. 混合解决方案
为了制造量子光学集成电路（QOIC，PIC），采用混合技术：波导和逻辑结构在硅-隔离层（SOI）基板上制备，而微型与纳米激光器则使用更适合的直接带隙材料。这导致 QOIC 不仅比传统电子集成电路大，而且制造成本显著更高。

3. LLM 的经济敏感性
现代大型语言模型高度依赖其运行硬件的成本。混合电路通常在单片集成解决方案上处于成本劣势。

4. 直接带隙材料的规模化问题
若要使用直接带隙半导体制造所有组件（波导、逻辑与激光器），需要十年的投资周期进入全新的微处理器技术领域——在当前宏观经济条件下几乎不可能实现。

为什么硅光子学仍被视为有前景？

硅是地球上第二常见的元素，人类已超过半个世纪能够熟练使用它。这使其成为发展新技术的理想选择：

- 现有基础设施——数百万家工厂、专业人员和零部件供应商。
- 集成潜力——可将光子学与现有硅处理器结合。

2026年4月，加州大学（未注明具体校区）的研究者提出了一种新方法，可能大幅加速硅光子学的发展，并使其在竞争力上优于混合解决方案。

结论：

光子学承诺在高科技领域带来革命，但目前仍面临严重的技术和经济障碍。由于已有完善的基础设施和丰富的硅加工经验，硅光子学仍是其最现实的发展路径之一。2026年的新研究可能改变混合与单片解决方案之间的平衡，为大规模光子计算开启新的机遇。