【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(dá)到目前高性能商用芯片的3000余倍。相關(guān)成果以“高速視覺任務(wù)中的純模擬光電芯片”為題，以長文形式發(fā)表在《自然》期刊上。如果用交通工具的運(yùn)行時間來類比芯片中信息流計算的時間，那么這枚芯片的出現(xiàn)，相當(dāng)于將京廣高鐵8小時的運(yùn)行時間縮短到8秒鐘。

　　這是一種“掙脫”摩爾定律的全新計算架構(gòu)。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)半個多世紀(jì)的“摩爾定律”——每隔約兩年，集成電路可容納的晶體管數(shù)目便增加一倍。然而隨著晶體管尺寸接近物理極限，近十年內(nèi)摩爾定律已放緩甚至面臨失效。如何建立人工智能時代的芯片“新”秩序，成為當(dāng)前國際社會高度關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)。

　　作為人類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)家們用光來做計算，并不是一件容易的事。當(dāng)計算載體從電變?yōu)楣?，就需要利用光傳播中攜帶的信息進(jìn)行計算。數(shù)年來海內(nèi)外知名團(tuán)隊相繼提出多種設(shè)計，但要替代現(xiàn)有電子器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級應(yīng)用，仍面臨許多國際難題。

　　清華大學(xué)攻關(guān)團(tuán)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(jié)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(tǒng)芯片架構(gòu)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(guī)模計算單元集成、高效非線性、高速光電接口三個國際難題。

　　實(shí)測表現(xiàn)下，光電融合芯片的系統(tǒng)級算力較現(xiàn)有的高性能芯片架構(gòu)提升了數(shù)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(tuán)隊演示的智能視覺任務(wù)和交通場景計算中，光電融合芯片的系統(tǒng)級能效（單位能量可進(jìn)行的運(yùn)算數(shù)）是現(xiàn)有高性能芯片的400萬余倍。形象地說，供現(xiàn)有芯片工作一小時的電量，可供它工作500多年。

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

　　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數(shù)量級的性能提升。且其所使用的材料簡單易得，造價僅為后者的幾十分之一。

　　《自然》期刊特邀發(fā)表的該研究專題評述指出：“或許這枚芯片的出現(xiàn)，會讓新一代計算架構(gòu)，比預(yù)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）