7/07/2025，光纖在線訊，文章來源：Luceda官微《Nature Comm.報(bào)道欄目》：華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心董建績(jī)教授、夏金松教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華為伽利略先進(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，成功研制全球首款基于薄膜鈮酸鋰（TFLN）的用于加速射線追蹤的光子計(jì)算芯片（PRTC）。成果“Thin-film lithium niobate photonic circuit for ray tracing acceleration”發(fā)表于《Nature Communications》。

     從AR眼鏡到虛擬現(xiàn)實(shí)，空間計(jì)算正將數(shù)字世界與現(xiàn)實(shí)無縫融合，革新娛樂、辦公和醫(yī)療等領(lǐng)域。然而，射線追蹤所需的龐大計(jì)算量使傳統(tǒng)電子芯片在功耗和速度上捉襟見肘，PRTC的突破為便攜設(shè)備帶來流暢、逼真的視覺體驗(yàn)。

      
     通過在光域中執(zhí)行射線-包圍盒相交測(cè)試，該技術(shù)利用TFLN的高速調(diào)制優(yōu)勢(shì)，突破了傳統(tǒng)電子顯卡（如NVIDIA RTX系列）在實(shí)時(shí)高逼真度渲染中的計(jì)算瓶頸，為空間計(jì)算（如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR和虛擬現(xiàn)實(shí)VR）設(shè)備提供了高效、低功耗的渲染解決方案。

光域加速：射線-包圍盒相交測(cè)試
     光子射線追蹤核心（PRTC）基于薄膜鈮酸鋰（TFLN）光子平臺(tái)的卓越電光調(diào)制性能，在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)射線-包圍盒相交測(cè)試。

     研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了高度規(guī)則的光子集成電路，通過集成光柵和行波電極實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)光信號(hào)調(diào)制，半波電壓低至1.79V，帶寬超過100 GHz。

     核心算法采用邊緣檢測(cè)方法，利用光信號(hào)的高速并行處理能力高效執(zhí)行復(fù)雜幾何計(jì)算。

     實(shí)驗(yàn)表明，PRTC實(shí)現(xiàn)了2.762 TOPs/J的能效（理論值可達(dá)18.7 TOPs/J），相較于傳統(tǒng)電子顯卡在計(jì)算速度和能效上均有顯著提升，為空間計(jì)算中的實(shí)時(shí)高逼真度渲染提供了強(qiáng)大技術(shù)支撐。

   
     實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PRTC在射線-包圍盒相交測(cè)試中的卓越性能。

     在100個(gè)測(cè)試案例中，僅3%的實(shí)際交點(diǎn)被誤判為非交點(diǎn)，2.4%的非交點(diǎn)被誤判為交點(diǎn)，且這些誤差可通過后續(xù)校準(zhǔn)有效消除。

     在三種不同材質(zhì)與幾何配置的測(cè)試場(chǎng)景中（涵蓋漫反射、鏡面反射和折射等光傳輸現(xiàn)象），PRTC在100×100至300×300分辨率下進(jìn)行渲染，**峰值信噪比（PSNR）**為21.22-21.78 dB，**結(jié)構(gòu)相似性指數(shù)（SSIM）**在0.001-0.0786之間，與傳統(tǒng)電子顯卡渲染結(jié)果高度一致，展現(xiàn)了其在復(fù)雜場(chǎng)景中精確捕捉材質(zhì)和光影交互的能力，同時(shí)保持卓越的能效表現(xiàn)。

      
光計(jì)算引領(lǐng)空間計(jì)算未來
     這項(xiàng)研究標(biāo)志著光子計(jì)算在射線追蹤領(lǐng)域的重大突破。

     薄膜鈮酸鋰光子電路以其高速調(diào)制優(yōu)勢(shì)和高能效（2.762 TOPs/J，理論值18.7 TOPs/J），為空間計(jì)算中的實(shí)時(shí)高逼真度渲染提供了創(chuàng)新解決方案。

     相較于傳統(tǒng)電子顯卡，PRTC在計(jì)算速度和能效上均展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。

     未來，PRTC有望廣泛應(yīng)用于AR/VR等便攜式設(shè)備，推動(dòng)光計(jì)算技術(shù)在高性能計(jì)算領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，為下一代沉浸式計(jì)算體驗(yàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。