跟着种种大模子和深度神经集合剖判比特派安全不，怎样制造出温存东谈主工智能发展、兼具大算力和高能效的下一代AI芯片，已成为外洋前沿热门。中国科协发布的2023要紧科知识题中“怎样已毕古板耗东谈主工智能”被排在首位。

2023年10月25日，清华大学团队在超高性能揣摸芯片界限得回新破损。磋磨效果以“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交融揣摸架构，在包括ImageNet等智能视觉任求实测中，调换准确率下，比现存高性能GPU算力训诲3000倍，能效训诲400万倍。

图1 磋磨论文（泉源Nature ）

改日已来？光为载体的揣摸芯片

已毕算力飞跃并非易事，十分是面前传统的芯片架构，受限于电子晶体管大小靠近物理极限。全新揣摸架组成为破局的关节。

光揣摸以其超高的并行度和速率，被合计是改日颠覆性揣摸架构的最有劲竞争决策之一。

光揣摸，顾名想义是将揣摸载体从电变为光，应用光在芯片中的传播进行揣摸。面对以光速揣摸的诱东谈主远景，数年来海表里知名科研团队接踵提议多种筹谋，但要替代现存电子器件已毕系统级应用，仍濒临要紧瓶颈：

一是如安在一枚芯片上集成大范围的揣摸单位（可控神经元），且拘谨纰谬累计进程；

二是已毕高速高效的片上非线性；比特派安全不

三是为兼容现在以电子信号为主体的信息社会，怎样提供光揣摸与电子信号揣摸的高效接口。

面前常见的模数和解功耗，较光揣摸每步乘加运算首先多个数目级，隐讳了光揣摸自己的性能上风，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

为惩办这一外洋扯后腿，清华大学团队创造性地提议了模拟电交融模拟光的揣摸框架，构建可见光下的大范围多层衍射神经集合已毕视觉特征提真金不怕火，应用光电流径直进行基于基尔霍夫定律的纯模拟电子揣摸，两者集成在统一枚芯片框架内，完成了“传感前 传感中 近传感”的新式揣摸系统。

极地面缩短了关于高精度ADC的需求，摒除传统揣摸机视觉处理范式在模数和解经过中速率、精度与功耗互相制约的物理瓶颈，在一枚芯片上破损大范围集成、高效非线性、高速光电接口三个关节瓶颈。

图2. 光电揣摸芯片ACCEL的揣摸旨趣和芯片架构（泉源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、光揣摸和模拟电揣摸架构，训诲了两千到数百万倍。

在超低功耗下驱动的ACCEL将有助于大幅度改善发烧问题，关于芯片的改日筹谋带来全场所破损，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、自动驾驶等续航才能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方向对比（泉源：Nature ）非联系光径直揣摸

更进一步，ACCEL芯片还撑抓非联系光视觉场景的径直揣摸，如论文中演示的交通场景实验。显耀拓展了ACCEL的应用界限，有望颠覆现在自动驾驶、机器东谈主视觉、移动树立等界限先将图片拍摄并保存在内存中后进行揣摸的想路，幸免传输和ADC带宽截止，在传感经过中完成揣摸。

比特派 发币图3. ACCEL可用于电子树立超低功耗东谈主脸叫醒暗示动图（泉源：清华大学）

开辟新旅途：颠覆性架构有望信得过落地

清华攻关团队提议的新式揣摸架构不仅关于光揣摸技艺的应用部署意旨要紧，对改日其他高遵循揣摸技艺与面前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，“选拔全新旨趣研发出揣摸系统是一座大山，而将新一代揣摸架构信得过落地到现实生涯，惩办民生国计的要紧需求，是攀过岑岭后更伏击的攻关。”

Nature杂志特邀在Research Briefing发表的该盘问专题指摘也指出，“简略这项职责的出现，会让新一代揣摸架构，比猜度中早得多地参加夙昔生涯（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、方璐副讲授、乔飞副盘问员、吴嘉敏助理讲授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、许晗博士为共统一作；孟瑶博士、周天贶助理盘问员、博士生李广普、范静涛盘问员、魏琦副盘问员共同参与了这项盘问。

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

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