我科学家研发超高速光电计算芯片

我科学家研发超高速光电计算芯片

记者邓晖从清华大学获悉，该校自动化系戴琼海院士、吴嘉敏助理教授与电子工程系方璐副教授、乔飞副研究员联合攻关，研发出超高速光电模拟芯片，算力达到目前高性能商用芯片的3000余倍。相关成果以“高速视觉任务中的纯模拟光电芯片”为题，以长文形式发表在《自然》期刊上。如果用交通工具的运行时间来类比芯片中信息流计算的时间，那么这枚芯片的出现，相当于将京广高铁8小时的运行时间缩短到8秒钟。

这是一种“挣脱”摩尔定律的全新计算架构。1965年，英特尔公司创始人之一戈登·摩尔提出影响芯片行业半个多世纪的“摩尔定律”——每隔约两年，集成电路可容纳的晶体管数目便增加一倍。然而随着晶体管尺寸接近物理极限，近十年内摩尔定律已放缓甚至面临失效。如何建立人工智能时代的芯片“新”秩序，成为当前国际社会高度关注的前沿热点。

作为人类已知的宇宙中最快速度之一，许多超高速物理领域都少不了光的身影。然而科学家们用光来做计算，并不是一件容易的事。当计算载体从电变为光，就需要利用光传播中携带的信息进行计算。数年来海内外知名团队相继提出多种设计，但要替代现有电子器件实现系统级应用，仍面临许多国际难题。

清华大学攻关团队创造性地提出了光电深度融合的计算框架。从最本质的物理原理出发，结合了基于电磁波空间传播的光计算与基于基尔霍夫定律的纯模拟电子计算，“挣脱”传统芯片架构中数据转换速度、精度与功耗相互制约的物理瓶颈，在一枚芯片上突破大规模计算单元集成、高效非线性、高速光电接口三个国际难题。

实测表现下，光电融合芯片的系统级算力较现有的高性能芯片架构提升了数千倍。然而，如此惊人的算力，还只是这枚芯片诸多优势之一。

在研发团队演示的智能视觉任务和交通场景计算中，光电融合芯片的系统级能效是现有高性能芯片的400万余倍。形象地说，供现有芯片工作一小时的电量，可供它工作500多年。

在超低功耗下运行的光电融合芯片将有助于大幅度改善芯片发热问题，为芯片的未来设计带来全方位突破。

更进一步，该芯片已取得比7纳米制程的高性能芯片多个数量级的性能提升。且其所使用的材料简单易得，造价仅为后者的几十分之一。

《自然》期刊特邀发表的该研究专题评述指出:“或许这枚芯片的出现，会让新一代计算架构，比预想中早得多地进入日常生活。”