清華大學團隊發佈中國AI光芯片「太極」

新京報訊 據「清華大學」微信公眾號4月12日消息，清華大學電子工程系副教授方璐課題組、自動化系戴瓊海院士課題組摒棄傳統電子深度計算範式，另闢蹊徑，首創分佈式廣度光計算架構，研製全球首款大規模干涉-衍射異構集成芯片太極（Taichi），實現160 TOPS/W的通用智能計算。該研究成果發表在最新一期的國際期刊《科學》上。

光計算，顧名思義是將計算載體從電變為光，利用光在芯片中的傳播進行計算，以其超高的並行度和速度，被認為是未來顛覆性計算架構的最有力競爭方案之一。

智能光計算作為新興計算模態，在後摩亞時代展現出遠超矽基電子計算的性能與潛力。然而，其計算任務局限於簡單的字符分類、基本的圖像處理等，其痛點是光的計算優勢被困在不適合的電架構中，計算規模受限，無法支撐需要高算力與高能效的複雜大模型智能計算。

清華團隊另闢蹊徑，「從0到1」重新設計適合光計算的新架構。不同於電子神經網絡依賴網絡深度以實現複雜的計算與功能，「太極」光芯片架構源自光計算獨特的「全連接」與「高並行」屬性，化深度計算為分佈式廣度計算，為實現規模易擴展、計算高並行、系統強魯棒的通用智能光計算探索了新路徑。

「太極」光芯片化「深」為「廣」，採用分佈式廣度光計算架構。圖/清華大學

團隊以《周易》典籍「易有太極，是生兩儀」為啟發，建立干涉-衍射聯合傳播模型，融合衍射光計算大規模並行優勢與干涉光計算靈活重構特性，將衍射編解碼與干涉特徵計算進行部分/整體重構複用，以時序複用突破通量瓶頸，自底向上支撐分佈式廣度光計算架構。

通俗來講，干涉-衍射的組合方式彷彿是在拚樂高玩具。樂高積木可以通過一個模塊凹槽與另一個模塊凸起的契合來完成兩個組件的拚接。在科研團隊眼中，一旦把干涉、衍射變成基礎模塊，進行重構複用，可以憑藉豐富的想像力搭建出變化無窮的造型。

兩儀一元：干涉-衍射融合計算芯片。圖/清華大學

據論文報導，「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，首次賦能光計算實現自然場景千類對象識別、跨模態內容生成等人工智能複雜任務。「太極」光芯片有望為大模型訓練推理、通用人工智能、自主智能無人系統提供算力支撐。

方璐表示，「之所以將光芯片命名為‘太極’，也是希望可以在如今大模型通用人工智能蓬勃發展的時代，以光子之道，為高性能計算探索新靈感、新架構、新路徑。」

編輯 劉夢婕