跟着种种大模子和深度神经网罗暴露比特派Uid，若何制造出欣慰东谈主工智能发展、兼具大算力和高能效的下一代AI芯片，已成为国外前沿热门。中国科协发布的2023要紧科知识题中“若何终了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狡计芯片界限得到新闭塞。关联效率以“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交融狡计架构，在包括ImageNet等智能视觉任求实测中，磋商准确率下，比现存高性能GPU算力提高3000倍，能效提高400万倍。

图1 关联论文（开始Nature ）

改日已来？光为载体的狡计芯片

终了算力飞跃并非易事，尽头是刻下传统的芯片架构，受限于电子晶体管大小靠拢物理极限。全新狡计架组成为破局的关节。

光狡计以其超高的并行度和速率，被合计是改日颠覆性狡计架构的最有劲竞争有假想之一。

光狡计，顾名念念义是将狡计载体从电变为光，应用光在芯片中的传播进行狡计。面对以光速狡计的诱东谈主远景，数年来海表里知名科研团队接踵忽视多种假想，但要替代现存电子器件终了系统级应用，仍面对要紧瓶颈：

一是如安在一枚芯片上集成大限度的狡计单位（可控神经元），且敛迹差错累计进度；

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二是终了高速高效的片上非线性；比特派Uid

三是为兼容现在以电子信号为主体的信息社会，若何提供光狡计与电子信号狡计的高效接口。

刻下常见的模数调遣功耗，较光狡计每步乘加运算高出多个数目级，覆盖了光狡计自己的性能上风，导致光芯片难以在推行应用中体现出优厚性。

系统级算力和能效，超现存芯片万倍

为照应这一国外困难，清华大学团队创造性地忽视了模拟电交融模拟光的狡计框架，构建可见光下的大限度多层衍射神经网罗终了视觉特征索求，应用光电流径直进行基于基尔霍夫定律的纯模拟电子狡计，两者集成在并吞枚芯片框架内，完成了“传感前 传感中 近传感”的新式狡计系统。

极地面裁汰了关于高精度ADC的需求，摈斥传统狡计机视觉处理范式在模数调遣经过中速率、精度与功耗互相制约的物理瓶颈，在一枚芯片上闭塞大限度集成、高效非线性、高速光电接口三个关节瓶颈。

图2. 光电狡计芯片ACCEL的狡计旨趣和芯片架构（开始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、光狡计和模拟电狡计架构，提高了两千到数百万倍。

在超低功耗下开动的ACCEL将有助于大幅度改善发烧问题，关于芯片的改日假想带来全方向闭塞，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、自动驾驶等续航本事条目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目标对比（开始：Nature ）非相干光径直狡计

更进一步，ACCEL芯片还复旧非相干光视觉场景的径直狡计，如论文中演示的交通场景实验。权贵拓展了ACCEL的应用界限，有望颠覆现在自动驾驶、机器东谈主视觉、转移建树等界限先将图片拍摄并保存在内存中后进行狡计的念念路，幸免传输和ADC带脱期制，在传感经过中完成狡计。

图3. ACCEL可用于电子建树超低功耗东谈主脸叫醒线路动图（开始：清华大学）

开辟新旅途：颠覆性架构有望竟然落地

清华攻关团队忽视的新式狡计架构不仅关于光狡计工夫的应用部署意旨要紧，对改日其他高效劳狡计工夫与刻下电子信息系统的交融，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，“接受全新旨趣研发出狡计系统是一座大山，而将新一代狡计架构竟然落地到现实生涯，照应民生国计的要紧需求，是攀过岑岭后更遑急的攻关。”

Nature杂志特邀在Research Briefing发表的该盘考专题驳倒也指出，“或者这项责任的出现，会让新一代狡计架构，比预想中早得多地插足往时生涯（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、方璐副西宾、乔飞副盘考员、吴嘉敏助理西宾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、许晗博士为共并吞作；孟瑶博士、周天贶助理盘考员、博士生李广普、范静涛盘考员、魏琦副盘考员共同参与了这项盘考。

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

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