跟着各种大模子和深度神经麇集露馅，怎样制造出骄气东谈主工智能发展、兼具大算力和高能效的下一代AI芯片比特派多，已成为外洋前沿热门。中国科协发布的2023首要科常识题中“怎样杀青顽劣耗东谈主工智能”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边界得回新冲突。探讨效率以“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缱绻架构，在包括ImageNet等智能视觉任求实测中，疏通准确率下，比现存高性能GPU算力升迁3000倍，能效升迁400万倍。

图1 探磋商文（起首Nature ）

翌日已来？光为载体的缱绻芯片

杀青算力飞跃并非易事，尽头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。全新缱绻架组成为破局的关节。

光缱绻比特派多以其超高的并行度和速率，被合计是翌日颠覆性缱绻架构的最有劲竞争决策之一。

光缱绻，顾名想义是将缱绻载体从电变为光，诈欺光在芯片中的传播进行缱绻。面对以光速缱绻的诱东谈主出息，数年来海表里闻明科研团队接踵提倡多种设想，但要替代现存电子器件杀青系统级应用，仍靠近首要瓶颈：

一是如安在一枚芯片上集成大边界的缱绻单位（可控神经元），且不停盘曲累计进程；

二是杀青高速高效的片上非线性；

三是为兼容现在以电子信号为主体的信息社会，怎样提供光缱绻与电子信号缱绻的高效接口。

面前常见的模数改造功耗，较光缱绻每步乘加运算卓越多个数目级，袒护了光缱绻自己的性能上风，导致光芯片难以在本色应用中体现出优厚性。

系统级算力和能效，超现存芯片万倍

为料理这一外洋费事，清华大学团队创造性地提倡了模拟电交融模拟光的缱绻框架，构建可见光下的大边界多层衍射神经麇集杀青视觉特征索要比特派多，诈欺光电流径直进行基于基尔霍夫定律的纯模拟电子缱绻，两者集成在褪色枚芯片框架内，完成了“传感前 传感中 近传感”的新式缱绻系统。

极地面缩短了关于高精度ADC的需求，排斥传统缱绻机视觉处理范式在模数改造历程中速率、精度与功耗互相制约的物理瓶颈，在一枚芯片上冲突大边界集成、高效非线性、高速光电接口三个关节瓶颈。

图2. 光电缱绻芯片ACCEL的缱绻旨趣和芯片架构（起首Nature ）

实测发扬下，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，升迁了两千到数百万倍。

在超低功耗下运转的ACCEL将有助于大幅度改善发烧问题，关于芯片的翌日设想带来全方向冲突，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、自动驾驶等续航能力条件高的场景带来首要利好。

atoken和比特派表1. ACCEL和现存高性能芯片的系统级实测性能认识对比（起首：Nature ）非探讨光径直缱绻

更进一步，ACCEL芯片还支援非探讨光视觉场景的径直缱绻，如论文中演示的交通场景实验。权臣拓展了ACCEL的应用边界，有望颠覆现在自动驾驶、机器东谈主视觉、出动成就等边界先将图片拍摄并保存在内存中后进行缱绻的想路，幸免传输和ADC带宽铁心，在传感历程中完成缱绻。

图3. ACCEL可用于电子成就超低功耗东谈主脸叫醒暗意动图（起首：清华大学）

开辟新旅途：颠覆性架构有望信得过落地

清华攻关团队提倡的新式缱绻架构不仅关于光缱绻时刻的应用部署酷爱首要，对翌日其他高效用缱绻时刻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，“剿袭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信得过落地到执行生涯，料理民生国计的首要需求，是攀过岑岭后更进犯的攻关。”

Nature杂志特邀在Research Briefing发表的该计议专题辩驳也指出，“好像这项责任的出现，会让新一代缱绻架构，比预感中早得多地过问宽泛生涯（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、方璐副训诲、乔飞副计议员、吴嘉敏助理训诲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、许晗博士为共褪色作；孟瑶博士、周天贶助理计议员、博士生李广普、范静涛计议员、魏琦副计议员共同参与了这项计议。

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

包袱裁剪：落木比特派多

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