波多野结衣作品 清华开垦出超高性能操办芯片：速率比高端GPU栽培3000倍 能效栽培400万倍 - cnBeta.COM 移动版(WAP)

跟着万般大模子和深度神经集聚线路，如何制造出骄矜东说念主工智能发展、兼具大算力和高能效的下一代AI芯片波多野结衣作品，已成为国外前沿热门。中国科协发布的2023首要科知识题中“如何竣事愚顽耗东说念主工智能”被排在首位。

2023年10月25日，清华大学团队在超高性能操办芯片领域获得新结巴。关系效率以“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操办架构，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算力栽培3000倍，能效栽培400万倍。

图1 关系论文（起原Nature ）

已往已来？光为载体的操办芯片

竣事算力飞跃并非易事，十分是刻下传统的芯片架构，受限于电子晶体管大小靠近物理极限。全新操办架组成为破局的要津。

光操办以其超高的并行度和速率，被合计是已往颠覆性操办架构的最有劲竞争决策之一。

光操办，顾名念念义是将操办载体从电变为光，运用光在芯片中的传播进行操办。面对以光速操办的诱东说念主远景，数年来海表里著明科研团队接踵提倡多种联想，但要替代现存电子器件竣事系统级应用，仍靠近首要瓶颈：

一是如安在一枚芯片上集成大领域的操办单位（可控神经元），且不断缺点累计进度；

二是竣事高速高效的片上非线性；

三是为兼容当今以电子信号为主体的信息社会，如何提供光操办与电子信号操办的高效接口。

刻下常见的模数改革功耗，较光操办每步乘加运算早先多个数目级，覆盖了光操办本人的性能上风，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

为科罚这一国外长途，清华大学团队创造性地提倡了模拟电交融模拟光的操办框架，构建可见光下的大领域多层衍射神经集聚竣事视觉特征索求，运用光电流径直进行基于基尔霍夫定律的纯模拟电子操办，两者集成在兼并枚芯片框架内，完成了“传感前 传感中 近传感”的新式操办系统。

极地面镌汰了关于高精度ADC的需求，摒除传统操办机视觉处理范式在模数改革经由中速率、精度与功耗互相制约的物理瓶颈，在一枚芯片上结巴大领域集成、高效非线性、高速光电接口三个要津瓶颈。

图2. 光电操办芯片ACCEL的操办旨趣和芯片架构（起原Nature ）

实测进展下，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、光操办和模拟电操办架构，栽培了两千到数百万倍。

在超低功耗下运转的ACCEL将有助于大幅度改善发烧问题，关于芯片的已往联想带来全标的结巴，并为超高速物理不雅测提供算力基础。同期对无东说念主系统、自动驾驶等续航才能条件高的场景带来首要利好。

表1. ACCEL和现存高性能芯片的系统级实测性能想法对比（起原：Nature ）非关系光径直操办

更进一步，ACCEL芯片还维持非关系光视觉场景的径直操办，如论文中演示的交通场景实验。权贵拓展了ACCEL的应用领域，有望颠覆当今自动驾驶、机器东说念主视觉、移动竖立等领域先将图片拍摄并保存在内存中后进行操办的念念路，幸免传输和ADC带宽适度，在传感经由中完成操办。

图3. ACCEL可用于电子竖立超低功耗东说念主脸叫醒默示动图（起原：清华大学）

开辟新旅途：颠覆性架构有望竟然落地

清华攻关团队提倡的新式操办架构不仅关于光操办本领的应用部署真义真义首要，对已往其他高效用操办本领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说念，“取舍全新旨趣研发出操办系统是一座大山，而将新一代操办架构竟然落地到本质生存，科罚民生国计的首要需求，是攀过岑岭后更蹙迫的攻关。”

Nature杂志特邀在Research Briefing发表的该商榷专题探究也指出，“大概这项责任的出现，会让新一代操办架构，比猜想中早得多地参预正常生存（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、方璐副考验、乔飞副商榷员、吴嘉敏助理考验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、许晗博士为共兼并作；孟瑶博士、周天贶助理商榷员、博士生李广普、范静涛商榷员、魏琦副商榷员共同参与了这项商榷。

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06558-8波多野结衣作品