半導(dǎo)體領(lǐng)域按摩爾定律繁榮發(fā)展了數(shù)十年，“芯片”，成為人類邁入智能時(shí)代的重要引擎。khPesmc
然而隨著晶體管尺寸接近物理極限，近十年內(nèi)摩爾定律已放緩甚至面臨失效。如何構(gòu)建新一代計(jì)算架構(gòu)，建立人工智能時(shí)代的芯片“新”秩序，成為國際高度關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)。khPesmc
針對(duì)這一難題，近日，清華大學(xué)在全球頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature發(fā)表了其最新研究成果。消息顯示，清華大學(xué)電子工程系（方璐副教授、喬飛副研究員）與自動(dòng)化系（戴瓊海院士、吳嘉敏助理教授）聯(lián)合攻關(guān)，提出了一種超越摩爾定律的全新計(jì)算架構(gòu)：光電模擬芯片，算力達(dá)到目前高性能商用芯片的三千余倍。khPesmc
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圖片來源：期刊Nature截圖khPesmc
光計(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(jìng)爭(zhēng)方案之一。清華大學(xué)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)提出的光電深度融合計(jì)算框架，從最本質(zhì)的物理原理出發(fā)，結(jié)合了基于電磁波空間傳播的光計(jì)算，與基于基爾霍夫定律的純模擬電子計(jì)算，“掙脫”傳統(tǒng)芯片架構(gòu)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度、精度與功耗相互制約的物理瓶頸，在一枚芯片上突破大規(guī)模計(jì)算單元集成、高效非線性、高速光電接口三個(gè)國際難題。khPesmc
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光電計(jì)算芯片 ACCEL 的計(jì)算原理和架構(gòu)khPesmc
實(shí)測(cè)表現(xiàn)下，光電融合芯片的系統(tǒng)級(jí)算力較現(xiàn)有的高性能芯片架構(gòu)提升了數(shù)千倍。khPesmc
然而，如此驚人的算力，還只是這枚芯片諸多優(yōu)勢(shì)的其中之一。khPesmc
在研發(fā)團(tuán)隊(duì)演示的智能視覺任務(wù)和交通場(chǎng)景計(jì)算中，光電融合芯片的系統(tǒng)級(jí)能效（單位能量可進(jìn)行的運(yùn)算數(shù)），實(shí)測(cè)達(dá)到了74.8 Peta-OPS/W，是現(xiàn)有高性能芯片的四百萬余倍。形象來說，原本供現(xiàn)有芯片工作一小時(shí)的電量，可供它工作五百多年。khPesmc
目前限制芯片集成極限的一個(gè)關(guān)鍵因素，就是過高密度帶來的散熱難題。而在超低功耗下運(yùn)行的光電融合芯片將有助于大幅度改善芯片發(fā)熱問題，對(duì)芯片的未來設(shè)計(jì)帶來全方位突破。khPesmc
更進(jìn)一步，該芯片光學(xué)部分的加工最小線寬僅采用百納米級(jí)，而電路部分僅采用180nm CMOS工藝，已取得比7nm制程的高性能芯片多個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升。同時(shí)所使用的材料簡單易得，造價(jià)僅為后者的幾十分之一?？梢灶A(yù)見隨著我國芯片加工技術(shù)不斷提升，更多新材料加入的未來，本文所展示的還只是這種顛覆性架構(gòu)潛力的冰山一角。khPesmc
光電融合的新型架構(gòu)，不僅開辟出這項(xiàng)未來技術(shù)通往日常生活的一條新路徑，還對(duì)量子計(jì)算、存內(nèi)計(jì)算等其他未來高效能技術(shù)與當(dāng)前電子信息系統(tǒng)的融合，深有啟發(fā)。khPesmc
責(zé)編：Elaine
