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據(jù)清華大學(xué)消息，近日，清華大學(xué)自動(dòng)化系戴瓊海院士、吳嘉敏助理教授與電子工程系方璐副教授、喬飛副研究員聯(lián)合攻關(guān)，提出一種“掙脫摩爾定律的新型智能計(jì)算架構(gòu)”——ACCEL全模擬光電智能芯片，相關(guān)成果以“面向高速視覺任務(wù)的全模擬光電計(jì)算芯片”為題發(fā)表在Nature上。

研究論文

近日，在清華大學(xué)成像與智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，一枚光電融合芯片誕生。團(tuán)隊(duì)用“All-analog Chip Combining Electronics and Light”來描述這款光電融合芯片的特征，并用這句英文的首字母命名芯片為“ACCEL”，恰好是“加速”的含義。

這枚小小的芯片中，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了光電深度融合的計(jì)算架構(gòu)——結(jié)合基于電磁波空間傳播的光計(jì)算，與基于基爾霍夫定律的全模擬電子計(jì)算，在一枚芯片上突破了大規(guī)模計(jì)算單元集成、高效非線性、高速光電接口三個(gè)國際難題。在保證高任務(wù)性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了超高的計(jì)算能效和計(jì)算速度。

實(shí)測表現(xiàn)下，ACCEL芯片的系統(tǒng)級(jí)算力達(dá)到現(xiàn)有高性能芯片的3000倍。如果用交通工具的時(shí)間來類比芯片中信息流計(jì)算，那么這枚芯片的出現(xiàn)，相當(dāng)于將8小時(shí)的京廣高鐵縮短到了8秒鐘；光電融合芯片的光學(xué)部分的加工最小線寬僅采用百納米級(jí)，電路部分僅采用180nm CMOS工藝，已取得比7nm制程的高性能芯片多個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升。同時(shí)所使用的材料簡單易得，造價(jià)僅為后者的幾十分之一。

圖片來源：視頻截圖

 

近年來，如何構(gòu)建新的計(jì)算架構(gòu)，發(fā)展新型人工智能計(jì)算芯片，是國際關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)。利用光波作為載體進(jìn)行信息處理的光計(jì)算，因高速度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)成為科學(xué)界研究熱點(diǎn)。然而，計(jì)算載體從電變?yōu)楣猓€要替代現(xiàn)有電子器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用，面臨諸多難題。

戴瓊海表示，ACCEL未來有望在無人系統(tǒng)、工業(yè)檢測和人工智能大模型等方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。但目前團(tuán)隊(duì)僅研制出特定計(jì)算功能的光電融合原理樣片，這說明這種芯片還只是一個(gè)原型，尚無法投入使用，亟需進(jìn)一步開展具備通用功能的智能視覺計(jì)算芯片研發(fā)，以便在實(shí)際中大范圍應(yīng)用。

據(jù)媒體報(bào)道，一位芯片行業(yè)資深人士對(duì)記者表示：“這項(xiàng)研究成果有望推動(dòng)光計(jì)算芯片替代目前的電芯片，在某些場景下，光計(jì)算性能遠(yuǎn)強(qiáng)于電計(jì)算。”

他補(bǔ)充道，現(xiàn)在中國前沿布局光芯片期望代替電芯片，有望通過不同的技術(shù)路徑實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。“而且從光計(jì)算芯片的制造工藝來看，也可以擺脫對(duì)光刻機(jī)的依賴。”

北京信息科學(xué)與技術(shù)國家家研究中心，是清華信息學(xué)科群成為有組織交叉科研的重要平臺(tái)。

光電智能計(jì)算交叉群體成立于2020年，由電子系、自動(dòng)化系、微電子學(xué)院和專門研究人員組成的學(xué)科交叉團(tuán)隊(duì)，承擔(dān)了國家科技部顛覆性項(xiàng)目、2030重大專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金委科學(xué)中心、杰出青年基金、優(yōu)青等多個(gè)項(xiàng)目，與之江實(shí)驗(yàn)室合作建立了光電智能計(jì)算聯(lián)合研究中心。

團(tuán)隊(duì)同時(shí)開展了大規(guī)?？芍貥?gòu)光電智能計(jì)算，多通道光電智能計(jì)算，空時(shí)域超快智能計(jì)算，光電對(duì)偶神經(jīng)學(xué)習(xí)等智能計(jì)算架構(gòu)與芯片研究。團(tuán)隊(duì)研究的光電智能計(jì)算架構(gòu)和芯片為探索后摩爾時(shí)代高算力低功耗智能計(jì)算范式提供了重要支撐。

每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合清華大學(xué)、第一財(cái)經(jīng)

封面圖片來源：清華大學(xué)