近日，針對(duì)大規(guī)模光電智能計(jì)算難題，清華大學(xué)電子工程系副教授方璐課題組、自動(dòng)化系戴瓊海院士課題組，摒棄傳統(tǒng)電子深度計(jì)算范式，另辟蹊徑，首創(chuàng)分布式廣度光計(jì)算架構(gòu)，研制大規(guī)模干涉-衍射異構(gòu)集成芯片太極（Taichi），實(shí)現(xiàn)160 TOPS/W的通用智能計(jì)算。

在如今大模型通用人工智能蓬勃發(fā)展的時(shí)代，該科研成果以光子之道，為高性能算力探索新靈感、新架構(gòu)、新路徑。相關(guān)科研成果發(fā)表于最新一期的國(guó)際期刊《科學(xué)》。

化“深”為“廣”：分布式廣度光計(jì)算架構(gòu)。

智能光計(jì)算作為新興計(jì)算模態(tài)，在后摩爾時(shí)代展現(xiàn)出遠(yuǎn)超硅基電子計(jì)算的性能與潛力。然而，其計(jì)算任務(wù)局限于簡(jiǎn)單的字符分類、基本的圖像處理等。其痛點(diǎn)是光的計(jì)算優(yōu)勢(shì)被困在不適合的電架構(gòu)中，計(jì)算規(guī)模受限，無(wú)法支撐亟須高算力與高能效的復(fù)雜大模型智能計(jì)算。

方璐在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示：“相異于電學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依賴網(wǎng)絡(luò)深度以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算與功能，太極芯片架構(gòu)源自光計(jì)算獨(dú)特的‘全連接’與‘高并行’屬性，化深度計(jì)算為廣度計(jì)算。我們建立了自頂向下的編碼拆分-解碼重構(gòu)機(jī)制，將復(fù)雜任務(wù)拆分為多通道高并行的子任務(wù)，構(gòu)建了分布式‘大感受野’淺層光網(wǎng)絡(luò)對(duì)子任務(wù)分而治之，突破模擬計(jì)算多層深度級(jí)聯(lián)的固有誤差。”

方璐說(shuō)：“研發(fā)芯片時(shí)，受周易典籍中‘易有太極，是生兩儀’啟發(fā)，建立片上干涉-衍射聯(lián)合傳播模型，融合衍射光計(jì)算大規(guī)模并行優(yōu)勢(shì)與干涉光計(jì)算靈活重構(gòu)特性，以時(shí)序復(fù)用突破通量瓶頸，為片上大規(guī)模通用智能光計(jì)算探索了新路徑。”

兩儀一元：干涉-衍射融合計(jì)算芯片。

據(jù)介紹，太極光芯片的計(jì)算能效超現(xiàn)有智能芯片2—3個(gè)數(shù)量級(jí)，將可為百億像素大場(chǎng)景光速智能分析、百億參數(shù)大模型訓(xùn)練推理、毫瓦級(jí)低功耗自主智能無(wú)人系統(tǒng)提供算力支撐。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl1203