中國(guó)科學(xué)家研制出首個(gè)全模擬光電智能計(jì)算芯片

全模擬光電智能計(jì)算芯片效果圖。新華社發(fā)

經(jīng)長(zhǎng)期聯(lián)合攻關(guān)，清華大學(xué)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(jì)算框架，并研制出國(guó)際首個(gè)全模擬光電智能計(jì)算芯片（簡(jiǎn)稱(chēng)ACCEL）。經(jīng)實(shí)測(cè)，該芯片在智能視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別任務(wù)方面的算力可達(dá)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(kāi)辟全新路徑。該成果近日發(fā)表于《自然》雜志上。

近年來(lái)，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(guó)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。

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

為此，清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)戴瓊海院士、自動(dòng)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(jì)算、純模擬電子計(jì)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(jì)算框架，有望解決大規(guī)模計(jì)算單元集成、光計(jì)算與電子信號(hào)計(jì)算的高效接口等國(guó)際性難題。

“我們是在全模擬信號(hào)下發(fā)揮光和電的優(yōu)勢(shì)，避免了模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換問(wèn)題，突破了功耗和速度的瓶頸。”方璐表示，除算力優(yōu)勢(shì)外，在智能視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別任務(wù)和無(wú)人系統(tǒng)（如自動(dòng)駕駛）場(chǎng)景計(jì)算中，ACCEL的系統(tǒng)級(jí)能效（單位能量可進(jìn)行的運(yùn)算數(shù)）經(jīng)實(shí)測(cè)是現(xiàn)有高性能芯片的400萬(wàn)余倍，“這一超低功耗的優(yōu)勢(shì)將有助于改善限制芯片集成的芯片發(fā)熱問(wèn)題，有望為未來(lái)芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)突破。”

此外，ACCEL光學(xué)部分的加工最小線(xiàn)寬為百納米級(jí)。“實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，僅采用百納米級(jí)工藝精度，就可取得比先進(jìn)制程芯片大幅提升的性能。”方璐說(shuō)。

戴瓊海表示，ACCEL未來(lái)有望在無(wú)人系統(tǒng)、工業(yè)檢測(cè)和人工智能大模型等方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。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，亟需進(jìn)一步開(kāi)展具備通用功能的智能視覺(jué)計(jì)算芯片研發(fā)，以便在實(shí)際中大范圍應(yīng)用。（魏夢(mèng)佳）