中國研發大突破！清華團隊開發超高速光電晶片，算力提升逾 3,000 倍

中國近年積極投入晶片研發，避免受全球制裁影響。中國清華大學研究團隊近日宣布突破傳統晶片的物理瓶頸，創造性提出光電融合的全新運算框架，研制出國際首個全模擬光電智慧運算晶片（ACCEL）。

中媒新華社報導稱，經過實測，該晶片在智慧視覺目標辨識任務的算力可達目前高性能商用晶片的 3,000 餘倍，為超高性能晶片的研發開闢全新路徑，成果近日以「高速視覺任務中的純模擬光電晶片」為題發表於《自然》（Nature）雜誌上。

照這個說法，中國 ACCEL 的性能可能比輝達 A100 和 A800 GPU 快 3,000 倍。

根據《自然》雜誌發布的資訊，AI 晶片 ACCEL 每秒可進行 4.6 千萬次運算，目的是維持能效，此外 ACCEL 還採用「系統能效」架構，每瓦可實現每秒 74.8 千萬次運行。清華大學資訊科學技術學院院長戴瓊海表示，「如果用交通運行時間來模擬晶片中訊息流運算的時間，這枚晶片的出現，相當於將高鐵 8 小時的運行時間縮短到 8 秒鐘。」

利用光波作為載體進行資訊處理的光運算，但運算載體從電變為光，還要替代現有電子器件實現係統級應用，面臨諸多難題。對此，中國清華大學結合光運算、純模擬電子運算等技術，突破傳統晶片架構中數據轉換速度、精度與功耗相互制約的物理瓶頸，提出一種全新的運算框架，有望解決大規模運算單元整合、光運算與電子訊號運算的高效介面等難題。

團隊成員之一、清華大學電子工程系副教授方璐指出，「我們是在全模擬訊號下發揮光和電的優勢，避免了類比-數位轉換問題，突破功耗和速度的瓶頸」，除算力優勢外，在智慧視覺目標辨識任務和無人系統場景運算中，ACCEL 的系統級能效，即單位能量可進行的運算數，經實測是現有高性能晶片的 400 萬餘倍，這將有助於改善限制晶片整合的晶片發熱問題，有望為未來晶片設計帶來突破。

清華大學還表示，使用光訊號大幅提高能源效率，「現有晶片運行 1 小時所需的能量，可為 ACCEL 供電 500 多年」，其低功耗還可能有助於克服散熱問題，該問題目前對積體電路進一步小型化構成了重大障礙。

此外，ACCEL 光學部分的加工最小線寬為百奈米級。方璐表示，實驗結果表明，僅採用百奈米級製程精度，就可取得比先進制程晶片大幅提升的性能。

戴瓊海表示，ACCEL 未來有望在無人系統、工業檢測和 AI 大模型等方面實現應用。目前團隊僅研制出特定運算功能的光電融合原理樣片，需進一步開展具備通用功能的智慧視覺運算晶片研發，以進行大範圍應用。

（首圖來源：中國清華大學）