1.産業概要

光子是傳遞電磁相(xiàng)互作(zuò)用的基本粒子，具有光速傳播抗電磁幹擾、任意疊加等特性。

可見光通信與光計(jì)算産業是利用光子來(lái)實現通信和計(jì)算的未來(lái)産業，由可見光通信和光計(jì)算兩個産業構成。

可見光通信

可見光通信(VLC)是一種利用人(rén)眼可見的光頻段波長380nm-790nm)實現通信功能的技術。與傳統無線通信技術相(xiàng)比，可見光通信技術具有高速、節能、無輻射等特點，将有效突破無線電頻譜資源匮乏的困局，有望成爲6G關鍵候選技術**，是未來(lái)移動通信的一個潛在補充。

可見光通信技術主要特點和潛在應用場景

資料來(lái)源：可見光通信與光計(jì)算産業研究中心整理(lǐ)

光計(jì)算

光計(jì)算是以光子作(zuò)爲信息傳輸載體，基于光學單元構建的光學系統，通過必要的光學操作(zuò)實現信息的處理(lǐ)或數據的運算。與傳統數字電計(jì)算相(xiàng)比，光計(jì)算具有二維并行處理(lǐ)、高速度、大(dà)容量、空間傳輸、抗電磁幹擾、大(dà)規模可拓展和可實時自(zì)重構等優點，是突破摩爾定律困境以及馮·諾依曼架構問(wèn)題的重要技術路(lù)線**。

光計(jì)算類型和潛在應用場景

資料來(lái)源：可見光通信與光計(jì)算産業研究中心整理(lǐ)

2.發展現狀

可見光通信

可見光通信産業尚處于起步階段，目前是關鍵技術研究和器件攻關的重要時間點。可見光通信技術已經在部分(fēn)應用場景開展了試點運營，但(dàn)仍面臨關鍵技術突破、标準化建設和産業生(shēng)态培育等問(wèn)題。

6G可見光通信技術研究時間表

資料來(lái)源：《6Gke可見光通信技術白(bái)皮書(shū)（2022）中國(guó)移動研究院》

從(cóng)專利申請趨勢上看，全球可見光通信專利申請放(fàng)緩2010年(nián)，德國(guó)海因裡(lǐ)希赫茲研究所的團隊将通信速率提高至513Mbit/s，突破傳輸速率的瓶頸，可見光通信行業迎來(lái)了爆發式增長。2017年(nián)之後專利申請逐年(nián)放(fàng)緩，産業正在通過尋找商業化機(jī)會實現下一輪增長。

全球VLC專利申請趨勢

數據來(lái)源：patsnap，2020年(nián)12月31日(rì)

從(cóng)關鍵技術上看，可見興傳輸系統是可見興通信技術的焦點。在全球可見光通信專利中，86.3%涉及可見光傳輸系統，涉及發射機(jī)、接收機(jī)及編碼調制等技術。可見光通信對于信道建模、收發端器件等環節提出了新的需求。在收發端方面，高效光電器件及光學前端研制仍待推進。在傳輸方面，穩定高速傳輸、高效多址接入、MIMO及組網等關鍵技術仍待突破。

全球VLC專利技術分(fēn)部

數據來(lái)源：patsnap，2020年(nián)12月31日(rì)

從(cóng)應用領域來(lái)看，可見光通信産業化呈現三級梯隊的發展态勢。**梯隊室内網絡是目前産業化的主要方向，已開展小規模的室内定位導航試點應用:第二梯隊電磁頻譜嚴控環境和某些特種行業應用是可見光通信的剛需場景，已形成試驗系統，完成了相(xiàng)關測試工(gōng)作(zuò)，開始投入定向試點;第三梯隊智能交通和車聯網等其他(tā)創新應用還(hái)處于理(lǐ)論研究階段，隻出現了局部的試點探索

表：國(guó)内外VLC技術與産業應用典型情況

資料來(lái)源：資料來(lái)源:中國(guó)信息與電子工(gōng)程科(kē)技發展戰略研究中心，可見光通信與光計(jì)算産業研究中心整理(lǐ)(不完全統計(jì))

光計(jì)算

從(cóng)曆史發展來(lái)看，模拟光計(jì)算成爲後發動力。20世紀60年(nián)代，數字光計(jì)算利用光和光學器件組合來(lái)實現經典的邏輯門(mén)，率先得(de)到發展。21世紀以來(lái)，得(de)益于大(dà)數據、人(rén)工(gōng)智能等應用場景催生(shēng)的算力需求，模拟光計(jì)算進入快(kuài)速發展階段，專利申請迎來(lái)了爆發式增長。

從(cóng)具體應用來(lái)看，大(dà)數據、人(rén)工(gōng)智能和機(jī)器學習等應用是目前光計(jì)算發力的主要方向。一方面光計(jì)算在速度和功耗等方面具有天然的優勢，可以充分(fēn)應對深度神經網絡(DNN)強大(dà)處理(lǐ)能力和并行計(jì)算能力需求帶來(lái)的硬件尺寸、重量和功耗等方面的問(wèn)題。另一方面，模拟光目前推計(jì)算的非精确解與AI推理(lǐ)概率的理(lǐ)念不謀而合。理(lǐ)任務，尤其是用于視覺計(jì)算應用的推理(lǐ)任務，已可使用全光學或光電混合系統來(lái)實現。

從(cóng)光計(jì)算技術來(lái)看，光計(jì)算芯片化逐漸受到廣泛關注。光計(jì)算技術包括基于空間光的光計(jì)算系統、基于光纖的光計(jì)算系統和片上光計(jì)算系統。目前光計(jì)算的集成度較低，通過芯片化提升集成度和運行速度逐漸受到廣泛關注。光子集成電路(lù)相(xiàng)對于傳統分(fēn)立的光-電-光處理(lǐ)方式降低了複雜度，提高了可靠性，光子集成電路(lù)将逐漸從(cóng)混合集成向單片集成演進。

表：光計(jì)算技術的進展

資料來(lái)源：華爲，董曉文博士《從(cóng)空間到芯片-光計(jì)算發展之路(lù)》

表：國(guó)内外光子芯片*新進展

資料來(lái)源：可見光通信與光計(jì)算産業研究中心整理(lǐ)

3.全球發展概況

可見光通信

全球可見光通信産業在區域上呈現日(rì)本歐洲領跑、美國(guó)緊随和中國(guó)後程發力的态勢。産業發展初期，日(rì)本專利申請**全球，日(rì)本和歐洲率先實現較多核心技術的積累。2012年(nián)開始中國(guó)專利申請數量爆發，一躍成爲該領域申請量*多的國(guó)家。中國(guó)雖然在總體專利數量上有**優勢，但(dàn)是由于起步較晚，專利含金量仍較低。

全球主要國(guó)家與專利局和專利組織受理(lǐ)VLC專利分(fēn)布

數據來(lái)源：patsnap，2020年(nián)12月31日(rì)

光計(jì)算

全球光計(jì)算産業發展呈現日(rì)美**、中歐緊随、多點開花的三級格局。從(cóng)專利數量上看，日(rì)本和美國(guó)占據了光計(jì)算相(xiàng)關領域專利的半壁江山(shān)，我國(guó)位于全球第二梯隊。

全球主要國(guó)家與專利局和專利組織受理(lǐ)光計(jì)算相(xiàng)關專利分(fēn)布

4.趨勢研判

可見光通信

室内網絡已經成爲産業化的主要方向，未來(lái)電磁敏感區應用和水下高速傳輸等應用場景是戰略布局的重點。電磁敏感區應用和水下高速傳輸是剛需市場。電磁敏感場景對于電磁功率與頻段有着嚴格的限制，可見光通信可以有效避免電磁幹擾，實現安全可靠的無線通信。

目前可見光通信産業在信道建模、器件、傳輸與組網等方面仍面臨較大(dà)的挑戰。因此，探索神經網絡在信道建模的應用，突破大(dà)帶寬發射器件、波分(fēn)複用、MIMO陣列收發和異構組網等技術是可見光通信産業未來(lái)發展的重點方向。

光計(jì)算

光電融合是5-10年(nián)内光計(jì)算産業的重要趨勢。用光子芯片輔助現有數字電子芯片加速整體運算過程，是光計(jì)算目前實現産業化的一個重要方向。

矽光技術成爲光計(jì)算産業焦點。目前光計(jì)算在集成度上仍然較低。光子矩陣、片上互聯和片間傳輸等技術取得(de)突破，矽光技術已進入大(dà)規模集成階段。未來(lái)光電融合的片上系統将爲光計(jì)算産業帶來(lái)更多新的發展動能。

5.行動計(jì)劃解讀(dú)

行動計(jì)劃

《行動計(jì)劃》指出，可見光通信與光計(jì)算産業在10至15年(nián)内有望成爲戰略性新興産業的中堅力量，因此應重點發展可見光通信技術和光計(jì)算技術。《《行動計(jì)劃》明确，到2025年(nián)，在可見光通信與光計(jì)算産業領域，成爲全國(guó)技術研發高地，培育一批“專精特新”企業，拓展若幹個技術應用場景和叠代示範工(gōng)程，實現基礎研究、技術創新、應用拓展、産業集聚、人(rén)才彙聚、金融支撐的産業生(shēng)态。

解讀(dú)

可見光通信

可見光通信産業目前大(dà)部分(fēn)技術還(hái)處于孵化期，實現産業化還(hái)需要基礎研究和應用探索齊頭并進。一方面，材料器件、高速通信系統、異構組網等關鍵技術仍待突破。另一方面，探索創新且具有比較優勢的應用場景同樣迫在眉睫。從(cóng)實際需求出發實現技術和應用場景之間“少走彎路(lù)”，才能更有針的良性循環叠代，對性地實現關鍵技術攻關，賦能産業化。我市可以大(dà)力引進具有技術能力和場景需求的産學研各界，鼓勵産學研之間建立聯合實驗室，真正實現科(kē)技成果“沿途下蛋、就(jiù)地轉化”。

光計(jì)算

光計(jì)算産業是未來(lái)異構計(jì)算的重要組成部分(fēn)圍繞光學模拟計(jì)算和光學數字計(jì)算兩大(dà)技術路(lù)線，重點突破光相(xiàng)幹處理(lǐ)、光非相(xiàng)幹處理(lǐ)、光計(jì)算、光互聯、光存儲、光子集成、光學神經拟态等關鍵技術，重點發展光計(jì)算芯片、數據處理(lǐ)技術及系統，開展光計(jì)算設備研制。充分(fēn)利用光計(jì)算在高操作(zuò)複雜度模型的物理(lǐ)實現方面的優勢，與視覺成像、機(jī)器學習、人(rén)工(gōng)智能、空間激光通信、水下激光通信、智能遙感測繪等應用場景匹配，構建以硬件與工(gōng)藝、系統與架構、軟件與算法爲核心的“三位一體’的光計(jì)算産業生(shēng)态。

專家觀點

哈爾濱工(gōng)業大(dà)學:(深圳)副教授 蔣宇飛

可見光通信産業尚處于前期探索階段，大(dà)規模産業化還(hái)需要更多的攻關。個人(rén)認爲，未來(lái)大(dà)範圍應用的主要場景是室内通信和射頻敏感的特殊場景，将形成對WiFi的補充。目前仍未實現大(dà)規模産業化主要有兩個方面的原因:

1.關鍵技術仍待攻克。一是可見光通信産業化的收發架構與傳統射頻架構存在區别，發射端LED帶寬的提升和接收端的集成都(dōu)是新的難題。二是實驗室内使用的材料都(dōu)是特制材料，實現大(dà)規模低成本的應用還(hái)有一段距離(lí)。

2.學界和業界需要更加緊密聯合。除了實驗室方面的技術攻關，實現應用落地需要華爲等設備商企業在集成端做推動。同時也需要一些新的初創企業去(qù)挖掘技術的産業化潛力，形成試點示範。