中國科學家研制出首個全模擬光電智能計算芯片

全模擬光電智能計算芯片效果圖。新華社發(fā)

經(jīng)長期聯(lián)合攻關(guān)，清華大學研究團隊突破傳統(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（簡稱ACCEL）。經(jīng)實測，該芯片在智能視覺目標識別任務方面的算力可達目前高性能商用芯片的3000余倍，為超高性能芯片的研發(fā)開辟全新路徑。該成果近日發(fā)表于《自然》雜志上。

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)注的前沿熱點。利用光波作為載體進行信息處理的光計算，因高速度、低功耗等優(yōu)點成為科學界研究熱點。然而，計算載體從電變?yōu)楣?，還要替代現(xiàn)有電子器件實現(xiàn)系統(tǒng)級應用，面臨諸多難題。

2021年4月20日，全模擬光電智能計算芯片研究團隊的部分成員在清華大學合影。新華社發(fā)

為此，清華大學信息科學技術(shù)學院院長戴瓊海院士、自動化系助理教授吳嘉敏，以及電子工程系副教授方璐、副研究員喬飛，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。

“我們是在全模擬信號下發(fā)揮光和電的優(yōu)勢，避免了模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換問題，突破了功耗和速度的瓶頸。”方璐表示，除算力優(yōu)勢外，在智能視覺目標識別任務和無人系統(tǒng)（如自動駕駛）場景計算中，ACCEL的系統(tǒng)級能效（單位能量可進行的運算數(shù)）經(jīng)實測是現(xiàn)有高性能芯片的400萬余倍，“這一超低功耗的優(yōu)勢將有助于改善限制芯片集成的芯片發(fā)熱問題，有望為未來芯片設計帶來突破。”

此外，ACCEL光學部分的加工最小線寬為百納米級。“實驗結(jié)果表明，僅采用百納米級工藝精度，就可取得比先進制程芯片大幅提升的性能。”方璐說。

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現(xiàn)應用。目前團隊僅研制出特定計算功能的光電融合原理樣片，亟需進一步開展具備通用功能的智能視覺計算芯片研發(fā)，以便在實際中大范圍應用。（魏夢佳）