随着各类大模型和深度神经网络涌现比特派安全，如何制造出满足人工智能发展、兼具大算力和高能效的下一代AI芯片，已成为国际前沿热点。中国科协发布的2023重大科学问题中“如何实现低能耗人工智能”被排在首位。

2023年10月25日，清华大学团队在超高性能计算芯片领域取得新突破。相关成果以“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融合计算架构，在包括ImageNet等智能视觉任务实测中，相同准确率下，比现有高性能GPU算力提升3000倍，能效提升400万倍。

未来已来？光为载体的计算芯片

实现算力飞跃并非易事，特别是当前传统的芯片架构，受限于电子晶体管大小逼近物理极限。全新计算架构成为破局的关键。

光计算以其超高的并行度和速度，被认为是未来颠覆性计算架构的最有力竞争方案之一。

光计算，顾名思义是将计算载体从电变为光，利用光在芯片中的传播进行计算。面对以光速计算的诱人前景，数年来海内外知名科研团队相继提出多种设计，但要替代现有电子器件实现系统级应用，仍面临重大瓶颈：

一是如何在一枚芯片上集成大规模的计算单元（可控神经元），且约束误差累计程度；

二是实现高速高效的片上非线性；

三是为兼容目前以电子信号为主体的信息社会，如何提供光计算与电子信号计算的高效接口。

曼联本赛季的表现实在令人失望，因为他们只赢了三场弱队的比赛。球队在联赛和欧冠中连续输给阿森纳、布莱顿和拜仁慕尼黑。在欧冠小组赛中，在6场比赛中丢了14球，状态实在不佳。如果本赛季一直保持这样的状态，主教练滕哈赫无疑就有被解雇的危险。虽然在纸面实力上来看，球队在联赛当中属于上层球队，但是本赛季实在拉胯，排名仅在第9位。

比赛时间：2023-09-27 02:45

比赛时间：2023-09-27 01:00

马洛卡上个赛季表现不错，最后取得西甲第九名，创造了近年来在联赛中的最好战绩，但是今年夏天俱乐部失血严重，李刚仁、格拉雷塔、姆博拉几名骨干齐齐离开，给球队的实力带来不小的影响，引援方面达德尔、拉林和范德海登等人要么是已过巅峰，要么是能力平平，新赛季开始后，马洛卡的表现也十分糟糕，上周末客场3-5完败在赫罗纳脚下后，目前6轮联赛1胜2平3负，期间打进7球丢了10球，进攻端看似不错，但是进球集中在和中下游球队的对话中，和比利亚雷亚尔、毕尔巴鄂竞技这样的强队过招时，马洛卡先后遭到零封，防守端球队也是漏洞百出，本场比赛面对卫冕冠军兼领头羊巴塞罗那，马洛卡造冷机会渺茫。

9月份对曼联而言并不美妙，球队在联赛和欧冠遭遇一波三连败，后防线场均失球达到3个以上，今年夏天花费两亿左右的资金先后签下霍伊伦德、芒特和奥纳纳等强援，但是主帅滕哈格尔并未让球队展现出比上个赛季更胜一筹的表现，而近期瓦拉内、马奎尔、卢克肖、万比萨卡和芒特等中后场球员先后受伤，桑乔和安东尼因为场外事件又受到冷藏，曼联在人员方面也面临紧缺的局面，虽然上周末客场小胜伯恩利，滕哈格尔主动变阵，将年轻的汉尼拔放到首发，但是全场比赛曼联的控球时间不到40%，射门次数也低于对手，防守端更是只能仰仗35岁的老将埃文斯，一场胜利无法证明曼联已经走出困境，只是让主帅滕哈格尔肩上的压力稍有缓解，本场联赛杯面对水晶宫，红魔依然没有稳赢的把握。

尤文图斯新赛季开局表现不错，前四轮联赛3胜1平保持不败，进攻端火力全开，弗拉霍维奇和小基耶萨两名前锋目前各自打进4球，一扫上个赛季的萎靡之势，只是上周末客场2-4惨败给萨索洛，斑马军团遭遇赛季首败，之前表现稳固的防线突然变的漏洞百出，其实从之前的对手来看，尤文图斯遇到的都是乌迪内斯、博洛尼亚之流，取得佳绩的含金量并不高，布雷默、加蒂以及达尼洛组成的防线没有经受太大的考验，另外洛卡特利、拉比奥特和米雷蒂的中场组合硬度有余，但是组织出球和控制节奏能力稍显不足，本场比赛面对新赛季表现极佳的莱切，主场作战的尤文图斯依然面临考验.

1、近况：里尔近3场比赛取得2胜1平战绩，状态回暖；

当前常见的模数转换功耗，较光计算每步乘加运算高出多个数量级，掩盖了光计算本身的性能优势，导致光芯片难以在实际应用中体现出优越性。

系统级算力和能效，超现有芯片万倍

为解决这一国际难题，清华大学团队创造性地提出了模拟电融合模拟光的计算框架，构建可见光下的大规模多层衍射神经网络实现视觉特征提取，利用光电流直接进行基于基尔霍夫定律的纯模拟电子计算，两者集成在同一枚芯片框架内，完成了“传感前 传感中 近传感”的新型计算系统。

极大地降低了对于高精度ADC的需求，消除传统计算机视觉处理范式在模数转换过程中速度、精度与功耗相互制约的物理瓶颈，在一枚芯片上突破大规模集成、高效非线性、高速光电接口三个关键瓶颈。

实测表现下，ACCEL芯片的系统级算力达到现有高性能芯片的数千倍。同时系统级能效达74.8 Peta-OPS/W，较现有的高性能GPU、TPU、光计算和模拟电计算架构，提升了两千到数百万倍。

在超低功耗下运行的ACCEL将有助于大幅度改善发热问题，对于芯片的未来设计带来全方位突破，并为超高速物理观测提供算力基础。同时对无人系统、自动驾驶等续航能力要求高的场景带来重大利好。

更进一步，ACCEL芯片还支持非相干光视觉场景的直接计算，如论文中演示的交通场景实验。显著拓展了ACCEL的应用领域，有望颠覆目前自动驾驶、机器人视觉、移动设备等领域先将图片拍摄并保存在内存中后进行计算的思路，避免传输和ADC带宽限制，在传感过程中完成计算。

开辟新路径：颠覆性架构有望真正落地

清华攻关团队提出的新型计算架构不仅对于光计算技术的应用部署意义重大，对未来其他高效能计算技术与当前电子信息系统的融合，亦深有启发。

论文通讯作者之一，清华大学戴琼海院士介绍道，“采用全新原理研发出计算系统是一座大山，而将新一代计算架构真正落地到现实生活，解决国计民生的重大需求，是攀过高峰后更重要的攻关。”

Nature杂志特邀在Research Briefing发表的该研究专题评述也指出，“或许这项工作的出现，会让新一代计算架构，比预想中早得多地进入日常生活（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、方璐副教授、乔飞副研究员、吴嘉敏助理教授为本文的共同通讯作者；博士生陈一彤、博士生麦麦提·那扎买提、许晗博士为共同一作；孟瑶博士、周天贶助理研究员、博士生李广普、范静涛研究员、魏琦副研究员共同参与了这项研究。

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

责任编辑：落木比特派安全