【科技前沿】

　　光明日報(bào)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(shí)間來類比芯片中信息流計(jì)算的時(shí)間，那么這枚芯片的出現(xiàn)，相當(dāng)于將京廣高鐵8小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間縮短到8秒鐘。

　　這是一種“掙脫”摩爾定律的全新計(jì)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(gè)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(shí)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(jì)算，并不是一件容易的事。當(dāng)計(jì)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(jì)算。數(shù)年來海內(nèi)外知名團(tuán)隊(duì)相繼提出多種設(shè)計(jì)，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(duì)創(chuàng)造性地提出了光電深度融合的計(jì)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(jì)算與基于基爾霍夫定律的純模擬電子計(jì)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(jì)算單元集成、高效非線性、高速光電接口三個(gè)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(duì)演示的智能視覺任務(wù)和交通場景計(jì)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(shí)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(jì)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(gè)數(shù)量級的性能提升。且其所使用的材料簡單易得，造價(jià)僅為后者的幾十分之一。

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

　　《光明日報(bào)》（2023年11月01日 08版）