國際首個全模擬光電智能計算芯片的算力可提升3000倍

近日，我國芯片產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研究有新進(jìn)展了！新的芯片算力達(dá)到目前高性能商用芯片的三千余倍。

另外，光電融合的新型架構(gòu)還可以促進(jìn)量子計算、存內(nèi)計算等技術(shù)與當(dāng)前電子信息系統(tǒng)的融合。

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據(jù)了解，由清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長戴瓊海院士領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)芯片的物理瓶頸，創(chuàng)造性提出光電融合的全新計算框架，并研制出國際首個全模擬光電智能計算芯片（ACCEL）。該成果近日發(fā)表在《自然》雜志上。

據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，實(shí)測結(jié)果顯示，該芯片在智能視覺目標(biāo)識別任務(wù)方面的算力可超過目前高性能商用芯片3000倍，為超高性能芯片的研發(fā)開辟全新路徑。

該芯片系統(tǒng)效能和運(yùn)算速度分別比最先進(jìn)的計算處理器高出三個和一個數(shù)量級，其中運(yùn)算功能可實(shí)現(xiàn)99%以上由光學(xué)實(shí)現(xiàn)，為超高性能芯片研發(fā)開辟了全新路徑。該成果使深度學(xué)習(xí)可以突破傳統(tǒng)數(shù)字計算單元能耗和計算速度的限制。未來有望在可穿戴設(shè)備、自動駕駛和工業(yè)檢測等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。

除了算力之外，在智能視覺目標(biāo)識別任務(wù)和無人系統(tǒng)等場景計算中，ACCEL的系統(tǒng)級能效經(jīng)實(shí)測是現(xiàn)有高性能芯片的400萬余倍，系統(tǒng)級能效指的是單位能量可進(jìn)行的運(yùn)算數(shù)。

據(jù)介紹，ACCEL光學(xué)部分的加工最小線寬為百納米級。研究團(tuán)隊(duì)表示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，僅采用百納米級工藝精度，就可取得比先進(jìn)制程芯片大幅提升的性能。這意味著這種芯片的生產(chǎn)制造有望擺脫對傳統(tǒng)先進(jìn)半導(dǎo)體制造所需的***的依賴。

近年來，如何構(gòu)建新的計算架構(gòu)，發(fā)展新型人工智能計算芯片，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，計算載體從電變?yōu)楣?，還要替代現(xiàn)有電子器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級應(yīng)用，面臨諸多難題。

戴瓊海院士團(tuán)隊(duì)結(jié)合光計算、純模擬電子計算等技術(shù)，突破傳統(tǒng)芯片架構(gòu)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度、精度與功耗相互制約的物理瓶頸，提出一種全新的計算框架，有望解決大規(guī)模計算單元集成、光計算與電子信號計算的高效接口等國際性難題。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)僅研制出特定計算功能的光電融合原理樣片，這說明這種芯片還只是一個原型，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算芯片研發(fā)，以便在實(shí)際中大范圍應(yīng)用。

據(jù)悉，這項(xiàng)研究成果有望推動光計算芯片替代目前的電芯片，在某些場景下，光計算性能遠(yuǎn)強(qiáng)于電計算?，F(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。從光計算芯片的制造工藝來看，也可以擺脫對***的依賴。

編輯：黃飛