光子数据中心：比量子计算更可能率先实现

光子计算技术正在成为实现更高吞吐量和更高能效数据中心的现实途径，可能远早于通用量子计算机的大规模应用。光学技术已经是高性能网络的基础，而新型光子加速器和组件有望为人工智能工作负载带来带宽、延迟和能效的显著提升。

光子计算是什么

光子计算利用光来传输和处理数据。大多数数据中心已经依赖光子技术进行光纤网络通信。新的发展方向是通过光子集成电路进行计算，该电路直接在光学域执行操作（通常是线性代数运算）。这与操作芯片中电子的经典计算和利用量子力学的量子计算不同。光子计算不需要量子效应，可以像专用经典加速器一样工作。

为什么光子技术对数据中心很重要

光子系统在应用于计算时为数据中心工作负载提供四个关键优势。首先是速度和带宽，光子以光速运动，不受限制电子在金属互连中传输的电阻和容性效应影响，因此光子计算机能更快地移动数据，并降低芯片内操作和芯片间通信的延迟。其次是并行性，光子计算机非常适合大规模并行处理，这对人工智能训练和推理特别有益，可以加快吞吐量。第三是能效，光子计算机比传统电子设备消耗更少电能，更高效率也能缓解数据中心冷却系统的压力。最后是计算密度，光子学有可能在更小的芯片中集成更多计算能力，从而实现更小的计算设备和更高效的数据中心物理空间利用。

这些优势使光子计算能够解决业界最棘手的挑战，如有限的电力可用性和快速增长的人工智能工作负载的扩展限制。如果光子技术成熟，运营商可能以更少的机架和更低的能耗达到性能目标，减少对额外数据中心空间的需求，同时提高整体效率。

光子数据中心是否实用

虽然突出光子计算的优势很容易，但真正的问题是它是否已做好商用准备。目前答案还是"还没有"，但势头在积聚。2025年末，科学家宣布开发了基于光子学的计算机存储设备，这是朝着以光子形式处理和存储数据迈出的重要一步。研究人员也在开发能够用光执行神经网络操作的人工智能加速器方面取得进展，学术界对光子学改变计算潜力的兴趣持续增长。

这些发展并未改变一个事实：目前还没有人创建出功能完整、通用型的光子计算机供现实部署使用。不过，这些进展确实表明实用的光子数据中心系统可能即将到来。

光子计算对设施设计的意义

如果光子计算机开始进入数据中心，好消息是光子计算机通常可以使用与传统计算机相同的电源和冷却系统。

不过，运营商可能需要规划一些有针对性的调整。首先是重新考虑机架尺寸和布局，以充分利用高计算密度的优势，因为某些光子计算机可能需要更少的物理空间。其次是改进内部网络连接，因为当计算以极快速度进行时，速度较慢的链路可能成为瓶颈。目前运营商还不必为这些改变进行大规模投资，但随着光子技术在本十年后期的成熟，这些指导可能会改变。

Q&A

Q1：光子计算和量子计算有什么区别？

A：光子计算利用光传输和处理数据，但不需要量子效应，可像专用经典加速器工作。而量子计算利用量子力学原理运作。两者虽都可能使用光子，但工作原理和应用前景不同。

Q2：光子计算为什么对人工智能工作负载有优势？

A：光子计算提供四大优势：光速运动带来更高速度和带宽；天然支持大规模并行处理加快推理训练；比电子计算更节能；能在更小芯片中实现更高计算密度。这些特性特别适合人工智能应用。

Q3：光子数据中心何时能实际应用？

A：目前还不成熟，但进展迅速。2025年底已开发出光子存储设备，神经网络光学加速器研究也取得进展。专家认为实用的光子数据中心系统可能在本十年后期到来，但目前运营商还无需大规模改造基础设施。