清華大學開發出超高速光電計算芯片

1965年，英特爾創始人之一戈登·摩爾提出影響芯片行業半個多世紀的“摩爾定律”：預言每隔約兩年，集成電路可容納的晶體管數目便增加一倍。半導體領域摩爾定律繁榮發展了數十年，“芯片”，成為人類邁入智能時代的重要引擎。然而隨著晶體管尺寸接近物理極限，近十年內摩爾定律已放緩甚至面臨失效。如何構建新一代計算架構，建立人工智能時代的芯片“新”秩序，成為國際社會高度關注的前沿熱點。

針對這一難題，清華大學自動化系戴瓊海院士、吳嘉敏助理教授與電子工程系方璐副教授、喬飛副研究員聯合攻關，提出了一種“掙脫”摩爾定律的全新計算架構：光電模擬芯片，算力達到目前高性能商用芯片的3000余倍。相關成果以“高速視覺任務中的純模擬光電芯片”（All-analog photo-electronic chip for high-speed vision tasks）為題，以長文（article）形式發表在《自然》（Nature）期刊上。如果用交通工具的運行時間來類比芯片中信息流計算的時間，那么這枚芯片的出現，相當于將京廣高鐵8小時的運行時間縮短到8秒鐘。

光電芯片

2023年諾貝爾物理學獎授予了阿秒激光技術。作為人類已知的宇宙中最快速度之一，許多超高速物理領域都少不了光的身影。然而科學家們用光來做計算，并不是一件容易的事。當計算載體從電變為光，就需要利用光傳播中攜帶的信息進行計算。數年來海內外知名團隊相繼提出多種設計，但要替代現有電子器件實現系統級應用，仍面臨許多國際難題：一是如何在一枚芯片上集成大規模的計算單元，并且約束誤差累計程度；二是如何實現高速高效的片上非線性；三是為兼容目前以電子信號為主體的信息社會，如何提供光計算與電子信號計算的高效接口。如果不能解決這幾個問題，光計算就難以真正替代當前的電子芯片，在信息社會大展身手。

光電融合芯片的架構