清華大學(xué)電子工程系方璐副教授課題組、自動化系戴瓊海院士課題組摒棄傳統(tǒng)電子深度計(jì)算范式，另辟蹊徑，首創(chuàng)分布式廣度智能光計(jì)算架構(gòu)，研制全球首款大規(guī)模干涉衍射異構(gòu)集成芯片——太極（Taichi），實(shí)現(xiàn)160 TOPS/W的通用智能計(jì)算。該研究成果于北京時間4月12日凌晨發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》上。

光計(jì)算，顧名思義是將計(jì)算載體從電變?yōu)楣?，利用光在芯片中的傳播進(jìn)行計(jì)算，以其超高的并行度和速度，被認(rèn)為是未來顛覆性計(jì)算架構(gòu)的最有力競爭方案之一。

光芯片具備高速高并行計(jì)算優(yōu)勢，被寄予希望用來支撐大模型等先進(jìn)人工智能應(yīng)用。

智能光計(jì)算作為新興計(jì)算模態(tài)，在后摩爾時代展現(xiàn)出有望超越硅基電子計(jì)算的潛力。然而其計(jì)算任務(wù)局限于簡單的字符分類、基本的圖像處理等。其痛點(diǎn)是光的計(jì)算優(yōu)勢被困在了不適合的電架構(gòu)中，計(jì)算規(guī)模受限，無法支撐亟需高算力與高能效的復(fù)雜大模型智能計(jì)算。

“從0到1”重新設(shè)計(jì)適合光計(jì)算的新架構(gòu)，是團(tuán)隊(duì)邁出的關(guān)鍵一步。

相異于電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依賴網(wǎng)絡(luò)深度以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算與功能，“太極”光芯片架構(gòu)源自光計(jì)算獨(dú)特的“全連接”與“高并行”屬性，化深度計(jì)算為分布式廣度計(jì)算，為實(shí)現(xiàn)規(guī)模易擴(kuò)展、計(jì)算高并行、系統(tǒng)強(qiáng)魯棒的通用智能光計(jì)算探索了新路徑。

據(jù)論文第一作者、電子系博士生徐智昊介紹，在“太極”架構(gòu)中，自頂向下的編碼拆分-解碼重構(gòu)機(jī)制，將復(fù)雜智能任務(wù)化繁為簡，拆分為多通道高并行的子任務(wù)，構(gòu)建的分布式“大感受野”淺層光網(wǎng)絡(luò)對子任務(wù)分而治之，突破物理模擬器件多層深度級聯(lián)的固有計(jì)算誤差。

團(tuán)隊(duì)以周易典籍‘易有太極，是生兩儀’為啟發(fā)，建立干涉-衍射聯(lián)合傳播模型，融合衍射光計(jì)算大規(guī)模并行優(yōu)勢與干涉光計(jì)算靈活重構(gòu)特性，將衍射編解碼與干涉特征計(jì)算進(jìn)行部分/整體重構(gòu)復(fù)用，以時序復(fù)用突破通量瓶頸，自底向上支撐分布式廣度光計(jì)算架構(gòu)，為片上大規(guī)模通用智能光計(jì)算探索了新路徑。

據(jù)論文報(bào)道：“太極”光芯片具備879 T MACS/mm2的面積效率與160 TOPS/W的能量效率，首次賦能光計(jì)算實(shí)現(xiàn)自然場景千類對象識別、跨模態(tài)內(nèi)容生成等人工智能復(fù)雜任務(wù)。

“太極”光芯片有望為大模型訓(xùn)練推理、通用人工智能、自主智能無人系統(tǒng)提供算力支撐。

來源：清華大學(xué)