随着人工智能的迅猛发展，计算领域的多样化需求也在不断扩大。虽然AI技术成为公众和企业关注的焦点，但诸如计算流体动力学、材料分析等传统高性能计算（HPC）任务依然面临巨大的计算压力。面对日益复杂的工程难题和更为严苛的精度要求，探索新的计算范式成为行业共识。在众多创新技术中，激光计算凭借其光学并行优势和无冷却需求的特性，逐渐被视为加速物理仿真和优化问题求解的有力工具。以以色列初创企业LightSolver为代表的技术先行者，正在推动激光计算从理论走向应用，打造新时代的计算利器。 当前，主流的高性能计算依赖共享内存架构、消息传递接口和图形处理单元（GPU）的协同工作，极大提升了大规模物理仿真的算力。
然而，当问题规模和复杂度急剧增加时，传统计算平台在处理某些非确定性多项式难题（NP-hard问题）时表现出明显瓶颈。NP-hard问题通常涉及组合爆炸性增长的变量组合，其求解时间随变量数量呈指数级上升，使得寻找最优解在计算上变得几乎不可行。为应对这一挑战，多种前沿计算技术如量子处理单元、模拟计算以及激光计算纷纷登上舞台，不过它们大多需要复杂的环境条件，比如量子计算对低温条件的依赖，增加了实际应用的难度。 激光处理单元（LPU）作为一种基于光学原理的计算设备，避免了对低温或真空环境的依赖，能够在常温下通过激光阵列的协同调制实现大规模的并行计算。LightSolver的LPU通过调节激光的相位和幅度，将优化问题编码于激光阵列中，随后将激光光束射入由两面镜子构成的共振腔，在增益介质的作用下激光光波相互干涉并放大。经过多次迭代，得到的放大最大解即对应问题的最优或近似最优解。
整个计算过程仅需数微秒完成，因而具备极高的运算速度。 从工作的根本来看，传统启发式搜索方法的优化过程中，会将问题分解为大量的二元选择和判断，随着变量数增加，计算量成几何级数上升。相比之下，激光计算的核心优势在于其本质上的 massive 并行性，能够同时评估所有可能的解法组合，极大缩短了求解时间。LightSolver当前的原型机配备了100个激光单元，预计到2027年将升级至200个，到2029年达到1000个激光单元。凭借更大规模的激光阵列，LPU将能够处理更大规模的优化问题和偏微分方程（PDE），在计算流体力学和有限元分析等领域实现跨越式提升。 与此同时，该公司还开发了可在传统GPU硬件上模拟LPU计算过程的软件框架，为客户提供测试和验证更大规模问题的手段。
这种硬件模拟不仅加快了技术的落地进程，也为潜在客户提前体验激光计算效果创造了条件。Ansys作为工程仿真领域的领先企业，正与LightSolver合作，利用LPU加速其LS-Dyna物理仿真套件中的图划分任务。图划分技术作为大规模仿真中将计算负载合理拆分的重要手段，对于提升并行计算的效率有着至关重要的作用。据Ansys首席技术官Prith Banerjee介绍，80%的测试案例中，LightSolver的LPU模拟器能够找到更优划分方案，使得仿真运行速度提升15%至20%。这对于工业级仿真来说，提升幅度尤为显著，能够节省大量实际工程时间和硬件资源投入。 除了图划分优化，激光计算在电子设计自动化（EDA）中的芯片单元布局问题上也展现了广阔的潜力。
随着Ansys被业界巨头Synopsys收购，整合激光计算技术，有望在芯片设计的复杂优化环节引入更多效率革新。偏微分方程作为描述流体运动、热传导、电磁场等物理现象的数学基础，也成为LightSolver重点攻关的方向。据悉，未来几代LPU将可支持百万级网格点的PDE求解，为仿真精度和范围实现质的飞跃。 相比于量子计算的高能耗和环境要求，激光计算提供了一个更加务实且高效的中间方案。它避免了巨大的制冷系统和设备噪声带来的技术壁垒，具备较强的工程可行性。此外，激光计算也不要求对现有的软件生态进行大幅改造，通过兼容现有仿真软件并利用模拟器，可以较为平滑地实现新旧技术的过渡。
鉴于量子计算目前仍处于门槛较高的研发阶段，激光计算技术在未来数年内有望扮演举足轻重的角色，填补广泛应用于工业界的运算需求。 激光计算领域内也涌现出多样化的研究方向。例如，概率比特（p-bit）技术因其具备一定的量子模拟能力且更加兼容传统硬件软件，被部分学者视为量子和光学计算之间的桥梁。尽管相关研究仍处在早期，p-bit与激光计算未来有望形成多元互补的生态体系。与此同时，激光计算自身正在不断扩展其应用边界，从优化算法、物理建模到人工智能辅助仿真，都显示出强大的生命力。 总体而言，激光计算不仅为复杂物理仿真中的硬核计算难题提供了革命性解决方案，也为工程界带来了全新的计算思维。
它通过模拟光波的叠加干涉，以自然现象本身作为计算手段，实现了算力的质变跃升。未来，随着硬件规模的扩大和算法能力的提升，激光计算有望成为高性能计算领域不可忽视的重要力量。 伴随相关企业和科研机构的推进，激光计算技术正在逐步走向商用化和规模化应用。对于广大工程师和科学家而言，这意味着复杂模拟任务能以更低的时延和能耗完成，从而释放更多创新潜能。无论是气动设计、动力学模拟，还是新材料研发、芯片布局，激光计算都将为各行业注入新的活力。 在高性能计算变革的大潮中，激光计算作为一种基于光学的计算新模式，具备缩短计算时间、降低能耗和提升求解能力的天然优势。
未来几年，随着技术的成熟和产业链的完善，激光计算有望成为推动物理仿真和工业设计快速迭代的核心动力，逐步兑现“以光速计算未来”的美好愿景。对工程界而言，拥抱这项新兴技术，既是对传统计算模式的大胆突破，也是迈向计算新纪元的重要一步。
