太空算力的竞赛已进入白热化阶段。

光计算正以其独特的物理优势，为天基计算开辟一条新路径。这条路径绕开了传统电子芯片的诸多工程瓶颈。

本文基于光本位科技与东方天算联合研制的全球首颗天基光计算卫星项目，系统梳理了光计算从地面到太空的技术原理、工程挑战与未来前景，帮助你理解这一前沿领域的关键突破。

克雷西 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

一、太空算力竞赛：为什么光计算绕开了传统芯片的三道坎

马斯克判断，到2032年，太阳能驱动的太空AI卫星，将成为全球成本最优的算力方案。

英伟达CEO黄仁勋今年三月的判断也为这场竞赛定了性——任何生成数据的地方，都必须有智能存在。

但太空计算面临的工程挑战，比地面残酷得多：没有空气对流导致散热难，宇宙高能粒子随时让芯片出错，能源供给极度受限。

在上海，专注AI光计算系统的公司 光本位科技 另辟蹊径，用光计算直接绕开了这些难题。

他们与东方天算联合启动了 全球首颗天基光计算卫星/全球首个天基光计算载荷 研制，首次将光计算带入太空工程化应用场景。

国内外计算卫星（由AI辅助生成）

另一边的马斯克也被曝出新动向——其手下的SpaceX公司正在考虑收购光模块公司Mesh。Mesh主营规模化量产光收发器，用于提高AI数据中心的通信效率。而光本位和东方天算的计划更进一步，直接瞄准了计算本身。

光计算天然适合太空的三大特性

传统电子芯片依赖电荷存储与硅基晶体管工作，在太空中面临三道坎：

• 辐射：高能粒子引发单粒子翻转、单粒子闩锁，导致出错或失效。
• 散热：真空环境无空气对流，芯片发热后极易降频。
• 功耗：卫星供电有限，高算力芯片能耗大，推高发射成本。

光计算芯片以光子作为载体。光子本身不带电荷，天然免于高能粒子冲击的直接干扰，无需特殊辐射防护。

光在波导中传播完成计算，几乎不产生热量，静态功耗理论上趋近于零。

这三项特性——抗辐射、低发热、低功耗——帮助太空计算直接跨越初期阶段技术障碍。

同一重量下，光计算能跑出更高算力

把地面数据中心搬上天，核心约束是载荷重量和体积。传统服务器需携带算力芯片、存储、CPU、散热系统、抗辐照屏蔽层，每一部件都占空间。

英伟达的应对思路是将CPU与GPU整合成极小的模组。但光计算能走得更远——由于低发热、低功耗，配套散热结构和能源系统可以做得更轻更小。

在相同能源供给和散热条件下，光计算实现的算力总量高于电计算。

光计算在太空场景的三大优势（由AI辅助生成）

光本位科技研究院副院长蒲华楠指出，电计算芯片依赖微缩制程，但量子隧穿效应是物理极限。光计算不依赖极紫外光刻机。

现有45纳米以上乃至亚微米级制程就能满足制备需求。算力提升靠扩大规模和利用波长、偏振等多重复用维度，发热和功耗保持平稳，成本可控。

二、光本位科技的核心突破：光子存内计算与玻璃基光计算

光计算的基本思路是用光子替代电子完成AI推理中最核心的矩阵运算。一次光线传播能同时完成大量乘法运算，速度极快且几乎不发热。

但行业普遍面临两个问题：

• 存储与计算分离：模型参数需要从外部存储频繁搬运到计算单元，存储带宽成为瓶颈。
• 规模化集成困难：受限于硅光平台在芯片尺寸、翘曲变形和互联密度上的物理约束。

光本位科技是全球唯一一家同时实现了光子存内计算和玻璃基光计算的公司。

光子存内计算：延迟降至传统光计算的十分之一

大模型参数可以直接存储在芯片内部，彻底省去数据搬运环节。计算延迟降至传统光计算方案的十分之一。

基于此，光本位研制出全球最大算力密度的光计算芯片，经多次流片验证，实现“开箱即用”。去年已推出第一代光电融合计算卡，第二代计划今年年内推出，并在金融垂类大模型上完成了全球首次同类计算卡落地。

光本位科技光子存内计算架构

玻璃基光计算：突破硅光平台限制

用玻璃替代硅作为光计算芯片的衬底，将玻璃同时作为光路载体、封装基底和大尺寸可制造平台。

从根本上突破了硅光平台在尺寸、翘曲和互联上的限制，为大规模光互联和光计算提供更易扩展的基底。

光本位科技多层封装玻璃基光计算系统

三、从地面到太空：天基光计算载荷的工程化路径

蒲华楠认为“光计算还需要跨过一道工程化的坎”。火箭发射阶段震动剧烈，光学结构稳定性面临额外考验；入轨后还需完成能源、热控、通信的系统级验证。

这正是光本位科技与东方天算联合研制天基光计算载荷要解决的问题。

双方分工清晰

• 东方天算：牵头载荷研制、空间抗辐照加固、高效热控、能源适配和在轨验证的全流程工作。
• 光本位科技：提供光计算芯片架构、算力引擎和软件生态支撑。

目前联合研制的光计算载荷使用光电融合计算卡，单卡算力已达 300 TOPS，支持INT8、FP8多精度推理，已开展在轨环境试验验证。

未来将正式送上天，在真实太空环境中完成在轨部署。

常见问题解答

Q1：天基光计算卫星与普通卫星上的AI芯片有何不同？
A1：普通卫星上的AI芯片多为电子芯片，面临辐射、散热、功耗三大难题。天基光计算卫星采用光计算芯片，利用光子代替电子进行矩阵运算，天然抗辐射、低发热、低功耗。同等重量下可提供更高算力，尤其适合星上大模型推理。

Q2：光子存内计算如何实现？是否真的不用搬数据？
A2：光子存内计算将模型参数以光学方式直接存储在芯片内部的光学结构中（如微环、波导等）。计算时，参数与输入光信号在芯片内直接完成矩阵乘法，无需像电子芯片那样从外部DRAM搬运数据。光本位科技已通过多次流片验证，计算延迟降至传统光计算的十分之一。

Q3：天基光计算载荷发射时如何抵抗强烈震动？
A3：光学结构比纯电子芯片有更多封装和透镜，对震动更敏感。工程上通过专门的结构加固设计、减震材料和封装工艺来应对。东方天算负责的载荷研制中包含针对火箭发射环境的抗振测试，确保在轨稳定工作。

四、未来展望：光算光联，构建分布式天基算力网络

光本位科技与东方天算联合研制的全球首颗天基光计算卫星，目标远不止验证一颗芯片——它要推动光计算载荷与星上能源、热控、通信等子系统形成完整系统级验证。

把天基计算从一条技术路线推进到可验证、可迭代的工程路线。

光本位科技构建的是从材料、封装到光芯片、电芯片，从计算节点到节点互联、再到完整软件栈的全套光计算系统。为客户提供基于实际需求的光算、光联、光传灵活组合的解决方案。

这与英伟达从单张GPU到集群级方案的逻辑相似，但底层技术路线截然不同。

当前天基计算行业仍处于极早期阶段。技术验证、系统集成、规模部署，每个环节都有大量难题。只有天基计算综合成本低于地面计算，或能提供高价值服务，商业化才真正有驱动力。

光算光联，或许是这场竞赛里绕开物理约束、走出差异化的一张关键牌。