近日，清华年夜学电子工程系副传授方璐率领课题构成员，与中国工程院院士、清华年夜学主动化系戴琼海院士课题组构成交叉研究团队，在智能光计较芯片范畴实现了新的冲破。相干功效已在近日颁发在Science期刊。 他们初创干与-衍射散布式广度光计较架构，研制了全球首款年夜范围通用智能光计较芯片——太极（Taichi），其系统级能效为每秒每焦耳160万亿次运算，超出主流商用AI芯片3个数目级，为后摩尔时期高机能智能计较斥地了新路径。 太极芯片初次赋能智能光计较实现跨越1000个种别的天然场景图象分类，和跨模态内容生成等智能使命，可为AI年夜模子、智能无人系统、通用人工智能（AGI）等供给强有力的算力撑持。 在这项研究早期，团队一度遭受很年夜的坚苦。令研究者感伤的是，他们终究经由过程回首上世纪80、90年月乃至更初期的经典功效，冲破了研究瓶颈。他们暗示，恰是这类寻求初心的立场使得研究团队可以或许不受时期局限，不受潮水影响，始终连结对科学问题素质的存眷和热忱，从而发生新的冲破。 研究团队针对年夜范围通用智能光计较困难，摒弃了现有光计较沿用传统电子深度计较的范式，提出散布式广度计较架构，构建深度浅但宽度广的光神经收集，整体架构可重构、可复用。 与传统的深度计较层层堆叠的方式分歧，太极经由过程将复杂智能使命化繁为简，拆分为多通道、高并行的子使命，同时为子使命零丁组织集群、分派计较资本，从而实现复杂使命的高效处置。 受“易有太极，是生两仪”的中国传统哲学理念开导，研究团队以光的干与和衍射表征“两仪”，成立干与-衍射片上结合传布模子。 “经由过程融会干与的矫捷可重构特征和衍射的年夜范围高并行特征，以辩证同一的理念实现干与-衍射智能光计较。这类同一使得太极光芯片不但具有可重构通用计较能力，也具有高通量并行计较能力，实现一加一年夜在二的结果。”论文配合一作、清华年夜学电子工程系博士生徐智昊注释道。

太极芯片。受访者供图

最古朴的思绪

研究早期，团队沿用了电子计较的深度进修架构以构建年夜范围智能光计较，但是，推动了半年就碰到了瓶颈：跟着层数的增添，计较范围与计较精度存在不成和谐的矛盾。 “曩昔，我们构建收集布局年夜多是沿用电计较架构，却发现光的优势和潜力没法在电的架构中阐扬出来，犹如笼中困兽。经由过程理论建模和阐发发现，是电的架构‘软禁’了光的能力，也就是说现有的深度神经收集的架构其实不合适智能光计较。”方璐在接管《中国科学报》采访时说。 为了摆脱瓶颈，研究团队决议走出固有电架构想维的舒适区，追求新的架构冲破。他们将眼光投向了上世纪80、90年月乃至更初期有关机械进修、神经收集的经典研究功效。在这些可能被遗忘的设法和经典聪明中，经由过程从头审阅和鉴戒，他们找到了冲破当前窘境的要害：回到最古朴的思绪——做宽、做浅。 在方璐看来，回首经典也是回归科研的初心，放下对潮水的盲从。这类寻求初心的立场使得研究团队可以或许不受时期局限，不受潮水影响，始终连结对科学问题素质的存眷和热忱，从而发现新的思绪、提出新的理论。

太极光芯片的降生是交叉学科合作的结晶，脑科学研究也为太极光芯片的架构研发供给了主要思绪。有脑科学的研究提出“浅脑理论”，即年夜脑以浅层扁平架构构成年夜范围的并行计较单位。从感知到活动，乃至意识，各脑区都在这个浅层收集中阐扬侧重要感化。“脑科学的系列功效带给我们的研究良多开导。”方璐弥补道。

“苦熬”芯片

但是，颠覆构架仅仅只是个最先。相继而至的是另外一个艰难的挑战：芯片研制。 在芯片研发的漫长征程中，流片是一个相当主要的里程碑，它标记着研究团队的理论概念将要转化为现实可制造的芯片。对方璐和她的研究团队来讲，这个阶段布满等候和焦炙。 “流片周期凡是需要3到6个月，期待芯片加工完成是一件很焦灼的工作。团队但愿芯片快点回来，进入下一阶段的测试；同时又担忧流片的结果欠好。这意味着要从头再来一遍，时候本钱很高。”方璐说。 研究团队第一次流片时，期待了4个月，成果不尽如人意。他们不能不从零最先，从头审阅每个细节，寻觅可能存在的问题。颠末2个月的调剂和优化，又等了6个月，第二次流片成果送回时，团队成员们露出来了高兴的笑脸。 “为了让现实尝试成果到达理论仿真的预期，我们不竭调剂和优化尝试系统。每次尝试都是一个漫长而繁琐的进程。近似的进程反复‘上演’了百余次，研究团队的方针是将千分类智能使命开云体育app的正确率做到90%，终究以超越预期的成果竣事了这场‘持久战’。”徐智昊告知《中国科学报》。 “审稿人对太极光芯片的架构想路发生了定见不合。深度进修成长至今，深度神经收集已成为主流的智能计较架构。”方璐说。 研究团队对峙本身的不雅点，用更多的理论和尝试证听说服审稿人。第二轮审稿竣事后，他们的论文被顺遂领受了。 本年是方璐从事科学研究的第17年：她本科卒业在中国科学手艺年夜学，博士卒业在中国香港科技年夜学，现任清华年夜学电子工程系长聘副传授。

年夜范围光电智能计较是方璐团队一以贯之的研究方针，全部团队为实现这一方针构建了纵向并行、横向联网的路径计划。

“团队成员都有各自自力的研究问题，在并行摸索路径的同时，彼此之间也会进行交叉合作，展开原创思惟的交换碰撞。‘路漫漫其修远兮’，研究团队将会不忘初心，在年夜范围智能光计较的路径上锲而不舍地求索。今朝我们正在搭建芯片的利用系统，为财产化供给可行的方案。”方璐弥补道。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl1203

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