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

研究論文

近日，在清華大學成像與智能技術實驗室內，一枚光電融合芯片誕生。團隊用“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，攻關團隊創造性地提出了光電深度融合的計算架構——結合基于電磁波空間傳播的光計算，與基于基爾霍夫定律的全模擬電子計算，在一枚芯片上突破了大規模計算單元集成、高效非線性、高速光電接口三個國際難題。在保證高任務性能的同時，實現了超高的計算能效和計算速度。

實測表現下，ACCEL芯片的系統級算力達到現有高性能芯片的3000倍。如果用交通工具的時間來類比芯片中信息流計算，那么這枚芯片的出現，相當于將8小時的京廣高鐵縮短到了8秒鐘；光電融合芯片的光學部分的加工最小線寬僅采用百納米級，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數量級的性能提升。同時所使用的材料簡單易得，造價僅為后者的幾十分之一。

圖片來源：視頻截圖

 

近年來，如何構建新的計算架構，發展新型人工智能計算芯片，是國際關注的前沿熱點。利用光波作為載體進行信息處理的光計算，因高速度、低功耗等優點成為科學界研究熱點。然而，計算載體從電變為光，還要替代現有電子器件實現系統級應用，面臨諸多難題。

戴瓊海表示，ACCEL未來有望在無人系統、工業檢測和人工智能大模型等方面實現應用。但目前團隊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，亟需進一步開展具備通用功能的智能視覺計算芯片研發，以便在實際中大范圍應用。

據媒體報道，一位芯片行業資深人士對記者表示：“這項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，光計算性能遠強于電計算。”

他補充道，現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路徑實現“彎道超車”。“而且從光計算芯片的制造工藝來看，也可以擺脫對光刻機的依賴。”

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

光電智能計算交叉群體成立于2020年，由電子系、自動化系、微電子學院和專門研究人員組成的學科交叉團隊，承擔了國家科技部顛覆性項目、2030重大專項和國家自然科學基金委科學中心、杰出青年基金、優青等多個項目，與之江實驗室合作建立了光電智能計算聯合研究中心。

團隊同時開展了大規模可重構光電智能計算，多通道光電智能計算，空時域超快智能計算，光電對偶神經學習等智能計算架構與芯片研究。團隊研究的光電智能計算架構和芯片為探索后摩爾時代高算力低功耗智能計算范式提供了重要支撐。

每日經濟新聞綜合清華大學、第一財經

封面圖片來源：清華大學