【科技前沿】

　　光明日報北京10月31日電 記者鄧暉從清華大學(xué)獲悉，該校自動(dòng)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(lián)合攻關(guān)，研發(fā)出超高速光電模擬芯片，算力達到目前高性能商用芯片的3000余倍。相關(guān)成果以“高速視覺(jué)任務(wù)中的純模擬光電芯片”為題，以長(cháng)文形式發(fā)表在《自然》期刊上。如果用交通工具的運行時(shí)間來(lái)類(lèi)比芯片中信息流計算的時(shí)間，那么這枚芯片的出現，相當于將京廣高鐵8小時(shí)的運行時(shí)間縮短到8秒鐘。

　　這是一種“掙脫”摩爾定律的全新計算架構。1965年，英特爾公司創(chuàng )始人之一戈登·摩爾提出影響芯片行業(yè)半個(gè)多世紀的“摩爾定律”——每隔約兩年，集成電路可容納的晶體管數目便增加一倍。然而隨著(zhù)晶體管尺寸接近物理極限，近十年內摩爾定律已放緩甚至面臨失效。如何建立人工智能時(shí)代的芯片“新”秩序，成為當前國際社會(huì )高度關(guān)注的前沿熱點(diǎn)。

　　作為人類(lèi)已知的宇宙中最快速度之一，許多超高速物理領(lǐng)域都少不了光的身影。然而科學(xué)家們用光來(lái)做計算，并不是一件容易的事。當計算載體從電變?yōu)楣猓托枰霉鈧鞑ブ袛y帶的信息進(jìn)行計算。數年來(lái)海內外知名團隊相繼提出多種設計，但要替代現有電子器件實(shí)現系統級應用，仍面臨許多國際難題。

　　清華大學(xué)攻關(guān)團隊創(chuàng )造性地提出了光電深度融合的計算框架。從最本質(zhì)的物理原理出發(fā)，結合了基于電磁波空間傳播的光計算與基于基爾霍夫定律的純模擬電子計算，“掙脫”傳統芯片架構中數據轉換速度、精度與功耗相互制約的物理瓶頸，在一枚芯片上突破大規模計算單元集成、高效非線(xiàn)性、高速光電接口三個(gè)國際難題。

　　實(shí)測表現下，光電融合芯片的系統級算力較現有的高性能芯片架構提升了數千倍。然而，如此驚人的算力，還只是這枚芯片諸多優(yōu)勢之一。

　　在研發(fā)團隊演示的智能視覺(jué)任務(wù)和交通場(chǎng)景計算中，光電融合芯片的系統級能效（單位能量可進(jìn)行的運算數）是現有高性能芯片的400萬(wàn)余倍。形象地說(shuō)，供現有芯片工作一小時(shí)的電量，可供它工作500多年。

　　在超低功耗下運行的光電融合芯片將有助于大幅度改善芯片發(fā)熱問(wèn)題，為芯片的未來(lái)設計帶來(lái)全方位突破。

　　更進(jìn)一步，該芯片已取得比7納米制程的高性能芯片多個(gè)數量級的性能提升。且其所使用的材料簡(jiǎn)單易得，造價(jià)僅為后者的幾十分之一。

　　《自然》期刊特邀發(fā)表的該研究專(zhuān)題評述指出：“或許這枚芯片的出現，會(huì )讓新一代計算架構，比預想中早得多地進(jìn)入日常生活。”

　　《光明日報》（2023年11月01日 08版）