比特派下载 比高端GPU更强！清华引诱超高性能筹划芯片：能效栽植400万倍

跟着各样大模子和深度神经汇聚显现，若何制造出满足东谈主工智能发展、兼具大算力和高能效的下一代AI芯片比特派下载，已成为海外前沿热门。中国科协发布的2023紧要科知识题中“若何完毕顽劣耗东谈主工智能”被排在首位。

2023年10月25日，清华大学团队在超高性能筹划芯片范围得回新冲破。干系效率以“All-analog photo-electronic chip for high-speed vision tasks”为题发表在Nature 上。

这枚芯片基于纯模拟光电和会筹划架构，在包括ImageNet等智能视觉任求实测中，疏浚准确率下，比现存高性能GPU算力栽植3000倍，能效栽植400万倍。

图1 干系论文（开头Nature ）

改日已来？光为载体的筹划芯片

完毕算力飞跃并非易事，至极是现时传统的芯片架构，受限于电子晶体管大小靠近物理极限。全新筹划架组成为破局的关节。

光筹划以其超高的并行度和速率，被以为是改日颠覆性筹划架构的最有劲竞争决议之一。

光筹划，顾名想义是将筹划载体从电变为光，欺骗光在芯片中的传播进行筹划。面对以光速筹划的诱东谈主出路，数年来海表里着名科研团队接踵建议多种联想，但要替代现存电子器件完毕系统级应用，仍濒临紧要瓶颈：

一是如安在一枚芯片上集成大范畴的筹划单位（可控神经元），且拘谨缺陷累计进度；

二是完毕高速高效的片上非线性；

三是为兼容当今以电子信号为主体的信息社会，若何提供光筹划与电子信号筹划的高效接口。

现常常见的模数调遣功耗，较光筹划每步乘加运算卓越多个数目级，掩饰了光筹划本人的性能上风，导致光芯片难以在实质应用中体现出优厚性。

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系统级算力和能效，超现存芯片万倍

为处置这一海外清苦，清华大学团队创造性地建议了模拟电和会模拟光的筹划框架，构建可见光下的大范畴多层衍射神经汇聚完毕视觉特征索求，欺骗光电流径直进行基于基尔霍夫定律的纯模拟电子筹划，两者集成在湮灭枚芯片框架内，完成了“传感前 传感中 近传感”的新式筹划系统。

极地面缩短了关于高精度ADC的需求，摒除传统筹划机视觉处理范式在模数调遣历程中速率、精度与功耗互相制约的物理瓶颈，在一枚芯片上冲破大范畴集成、高效非线性、高速光电接口三个关节瓶颈。

图2. 光电筹划芯片ACCEL的筹划旨趣和芯片架构（开头Nature ）

实测见解下，ACCEL芯片的系统级算力达到现存高性能芯片的数千倍。同期系统级能效达74.8 Peta-OPS/W，较现存的高性能GPU、TPU、光筹划和模拟电筹划架构，栽植了两千到数百万倍。

在超低功耗下驱动的ACCEL将有助于大幅度改善发烧问题，关于芯片的改日联想带来全想法冲破，并为超高速物理不雅测提供算力基础。同期对无东谈主系统、自动驾驶等续航才智条目高的场景带来紧要利好。

表1. ACCEL和现存高性能芯片的系统级实测性能贪图对比（开头：Nature ）非干系光径直筹划

更进一步，ACCEL芯片还维持非干系光视觉场景的径直筹划，如论文中演示的交通场景实验。显贵拓展了ACCEL的应用范围，有望颠覆当今自动驾驶、机器东谈主视觉、移动竖立等范围先将图片拍摄并保存在内存中后进行筹划的想路，幸免传输和ADC带宽截至，在传感历程中完成筹划。

图3. ACCEL可用于电子竖立超低功耗东谈主脸叫醒暗示动图（开头：清华大学）

开辟新旅途：颠覆性架构有望真确落地

清华攻关团队建议的新式筹划架构不仅关于光筹划技巧的应用部署兴趣紧要，对改日其他高遵循筹划技巧与现时电子信息系统的和会，亦深有启发。

论文通信作家之一，清华大学戴琼海院士先容谈，“禁受全新旨趣研发出筹划系统是一座大山，而将新一代筹划架构真确落地到执行糊口，处置民生国计的紧要需求，是攀过岑岭后更进攻的攻关。”

Nature杂志特邀在Research Briefing发表的该计划专题挑剔也指出，“不祥这项职责的出现，会让新一代筹划架构，比意想中早得多地参加平方糊口（ACCEL might enable these architectures to play a part in our daily life much sooner than expected.）”。

清华大学戴琼海院士、方璐副解释、乔飞副计划员、吴嘉敏助剖析释为本文的共同通信作家；博士生陈一彤、博士生麦麦提·那扎买提、许晗博士为共湮灭作；孟瑶博士、周天贶助理计划员、博士生李广普、范静涛计划员、魏琦副计划员共同参与了这项计划。

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06558-8

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