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經長期聯合攻關，清華大學(xue)研(yan)究團(tuan)隊突破傳(chuan)統(tong)芯片(pian)的(de)物理瓶頸，創(chuang)造性提出(chu)光電融合的(de)全(quan)新計算框架，并(bing)研(yan)制(zhi)出(chu)國際首個(ge)全(quan)模擬光電智(zhi)(zhi)能(neng)計算芯片(pian)(簡稱(cheng)ACCEL)。經實測(ce)，該芯片(pian)在智(zhi)(zhi)能(neng)視覺(jue)目(mu)標(biao)識別任務方面的(de)算力可(ke)達(da)目(mu)前高性能(neng)商(shang)用(yong)芯片(pian)的(de)3000余倍，為超高性能(neng)芯片(pian)的(de)研(yan)發(fa)開辟全(quan)新路(lu)徑。該成果近日發(fa)表于《自然》雜志上。
近年(nian)來，如何構建新的(de)計算架(jia)構，發(fa)展新型人工智能(neng)計算芯片，是(shi)國際關(guan)注的(de)前沿熱點。利用光(guang)波作為(wei)載體進(jin)行信息處理的(de)光(guang)計算，因(yin)高(gao)速度(du)、低功耗等優點成為(wei)科學界研究(jiu)熱點。然而，計算載體從電變為(wei)光(guang)，還要替(ti)代現(xian)有電子器件實現(xian)系統(tong)級(ji)應用，面臨諸多難題。
為此，清華大(da)學信息科學技術學院院長戴(dai)瓊海(hai)院士、自動(dong)化系助理教授(shou)吳嘉敏，以及電(dian)(dian)子工程(cheng)系副教授(shou)方璐、副研究員(yuan)喬(qiao)飛，結合光計(ji)算(suan)、純模(mo)擬電(dian)(dian)子計(ji)算(suan)等技術，突破(po)傳統芯(xin)片架(jia)(jia)構中數據(ju)轉(zhuan)換速度、精度與功耗相互制(zhi)約(yue)的(de)物理瓶頸(jing)，提(ti)出一(yi)種全(quan)新的(de)計(ji)算(suan)框架(jia)(jia)，有望解決大(da)規(gui)模(mo)計(ji)算(suan)單元集(ji)成、光計(ji)算(suan)與電(dian)(dian)子信號計(ji)算(suan)的(de)高效接口(kou)等國際性(xing)難(nan)題。
“我們是(shi)在全模擬(ni)信號下發揮光(guang)和(he)電的(de)(de)優(you)勢，避(bi)免了(le)模擬(ni)-數(shu)字轉換問(wen)題(ti)(ti)，突破了(le)功耗(hao)和(he)速度的(de)(de)瓶頸。”方璐表(biao)示，除算力優(you)勢外，在智(zhi)能視(shi)覺目標識別任務(wu)和(he)無(wu)人系統(如自動駕駛)場景計算中，ACCEL的(de)(de)系統級能效(單位能量可進行的(de)(de)運算數(shu))經(jing)實測是(shi)現有高性能芯(xin)片(pian)的(de)(de)400萬(wan)余倍，“這一超(chao)低功耗(hao)的(de)(de)優(you)勢將有助于改善(shan)限制芯(xin)片(pian)集成的(de)(de)芯(xin)片(pian)發熱問(wen)題(ti)(ti)，有望為未來芯(xin)片(pian)設計帶來突破。”
此(ci)外，ACCEL光學部分的(de)(de)加(jia)工(gong)最(zui)小線(xian)寬為百(bai)納米級。“實驗結果表明(ming)，僅采用百(bai)納米級工(gong)藝精度(du)，就(jiu)可取得比先進制程芯片大(da)幅(fu)提(ti)升的(de)(de)性能。”方璐說。
戴瓊海表示，ACCEL未來有(you)望在(zai)無(wu)人系統、工業檢測和人工智(zhi)能大模型等方面實現應(ying)用。目前團隊僅研制出特定計(ji)算功(gong)能的光電融合原理(li)樣片，亟需進一步開(kai)展具備通用功(gong)能的智(zhi)能視覺計(ji)算芯片研發，以便在(zai)實際中大范圍應(ying)用。
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