中國科學家研製出首個全模擬光電智慧計算晶片

全模擬光電智慧計算晶片效果圖。新華社發

經長期聯合攻關，清華大學研究團隊突破傳統晶片的物理瓶頸，創造性提出光電融合的全新計算框架，並研製出國際首個全模擬光電智慧計算晶片（簡稱ACCEL）。經實測，該晶片在智慧視覺目標識別任務方面的算力可達目前高性能商用晶片的3000余倍，為超高性能晶片的研發開闢全新路徑。該成果近日發表于《自然》雜誌上。

近年來，如何構建新的計算架構，發展新型人工智能計算晶片，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。

2021年4月20日，全模擬光電智慧計算晶片研究團隊的部分成員在清華大學合影。新華社發

為此，清華大學信息科學技術學院院長戴瓊海院士、自動化係助理教授吳嘉敏，以及電子工程系副教授方璐、副研究員喬飛，結合光計算、純模擬電子計算等技術，突破傳統晶片架構中數據轉換速度、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，有望解決大規模計算單元集成、光計算與電子信號計算的高效介面等國際性難題。

“我們是在全模擬信號下發揮光和電的優勢，避免了模擬-數字轉換問題，突破了功耗和速度的瓶頸。”方璐表示，除算力優勢外，在智慧視覺目標識別任務和無人系統（如自動駕駛）場景計算中，ACCEL的系統級能效（單位能量可進行的運算數）經實測是現有高性能晶片的400萬餘倍，“這一超低功耗的優勢將有助於改善限制晶片集成的晶片發熱問題，有望為未來晶片設計帶來突破。”

此外，ACCEL光學部分的加工最小線寬為百納米級。“實驗結果表明，僅採用百納米級工藝精度，就可取得比先進製程晶片大幅提升的性能。”方璐説。

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。目前團隊僅研製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慧視覺計算晶片研發，以便在實際中大範圍應用。（魏夢佳）