跟着各样大模子和深度神经网络走漏，如何制造出欢乐东谈主工智能发展、兼具大算力和高能效的下一代AI芯片比特派合法，已成为海外前沿热门。中国科协发布的2023要紧科常识题中“如何完毕愚顽耗东谈主工智能”被排在首位。

2023年10月25日，清华大学团队在超高性能缱绻芯片界限赢得新碎裂。关系后果以“All-analog photo-electronic chip for high-speed vision tasks”为题发表在Nature 上。

这枚芯片基于纯模拟光电和会缱绻架构，在包括ImageNet等智能视觉任求实测中，疏导准确率下，比现存高性能GPU算力晋升3000倍，能效晋升400万倍。

图1 关系论文（起首Nature ）

异日已来？光为载体的缱绻芯片

完毕算力飞跃并非易事比特派合法，相配是现时传统的芯片架构，受限于电子晶体管大小靠拢物理极限。全新缱绻架组成为破局的要津。

光缱绻以其超高的并行度和速率，被以为是异日颠覆性缱绻架构的最有劲竞争决策之一。

光缱绻，顾名念念义是将缱绻载体从电变为光，愚弄光在芯片中的传播进行缱绻。面对以光速缱绻的诱东谈主远景，数年来海表里著名科研团队接踵提议多种瞎想，但要替代现存电子器件完毕系统级应用，仍濒临要紧瓶颈：

一是如安在一枚芯片上集成大限制的缱绻单位（可控神经元），且料理瑕疵累计进程；

二是完毕高速高效的片上非线性；比特派合法

三是为兼容当今以电子信号为主体的信息社会，如何提供光缱绻与电子信号缱绻的高效接口。

现频频见的模数革新功耗，较光缱绻每步乘加运算跨越多个数目级，粉饰了光缱绻自己的性能上风，导致光芯片难以在实质应用中体现出优厚性。

系统级算力和能效，超现存芯片万倍

为惩处这一海外困难，清华大学团队创造性地提议了模拟电和会模拟光的缱绻框架，构建可见光下的大限制多层衍射神经网络完毕视觉特征索求比特派合法，愚弄光电流告成进行基于基尔霍夫定律的纯模拟电子缱绻，两者集成在合并枚芯片框架内，完成了“传感前 传感中 近传感”的新式缱绻系统。

极地面裁减了关于高精度ADC的需求，消逝传统缱绻机视觉处理范式在模数革新经过中速率、精度与功耗互相制约的物理瓶颈，在一枚芯片上碎裂大限制集成、高效非线性、高速光电接口三个要津瓶颈。

图2. 光电缱绻芯片ACCEL的缱绻旨趣和芯片架构（起首Nature ）

实测发达下，ACCEL芯片的系统级算力达到现存高性能芯片的数千倍。同期系统级能效达74.8 Peta-OPS/W，较现存的高性能GPU、TPU、光缱绻和模拟电缱绻架构，晋升了两千到数百万倍。

在超低功耗下运转的ACCEL将有助于大幅度改善发烧问题，关于芯片的异日瞎想带来全方向碎裂，并为超高速物理不雅测提供算力基础。同期对无东谈主系统、自动驾驶等续航才气条件高的场景带来要紧利好。

表1. ACCEL和现存高性能芯片的系统级实测性能看法对比（起首：Nature ）非相关光告成缱绻

更进一步比特派合法，ACCEL芯片还营救非相关光视觉场景的告成缱绻，如论文中演示的交通场景实验。权臣拓展了ACCEL的应用界限，有望颠覆当今自动驾驶、机器东谈主视觉、出动修复等界限先将图片拍摄并保存在内存中后进行缱绻的念念路，幸免传输和ADC带宽遗弃，在传感经过中完成缱绻。

图3. ACCEL可用于电子修复超低功耗东谈主脸叫醒默示动图（起首：清华大学）

开辟新旅途：颠覆性架构有望真确落地

清华攻关团队提议的新式缱绻架构不仅关于光缱绻时期的应用部署好奇景仰好奇景仰要紧，对异日其他高效率缱绻时期与现时电子信息系统的和会，亦深有启发。

论文通信作家之一，清华大学戴琼海院士先容谈，“经受全新旨趣研发出缱绻系统是一座大山，而将新一代缱绻架构真确落地到施行生计，惩处民生国计的要紧需求，是攀过岑岭后更紧迫的攻关。”

Nature杂志特邀在Research Briefing发表的该商讨专题驳倒也指出，“粗略这项职责的出现，会让新一代缱绻架构，比猜度中早得多地插足平时生计（ACCEL might enable these architectures to play a part in our daily life much sooner than expected.）”。

清华大学戴琼海院士、方璐副教学、乔飞副商讨员、吴嘉敏助理教学为本文的共同通信作家；博士生陈一彤、博士生麦麦提·那扎买提、许晗博士为共合并作；孟瑶博士、周天贶助理商讨员、博士生李广普、范静涛商讨员、魏琦副商讨员共同参与了这项商讨。

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论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06558-8

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