美國科學(xué)家研發(fā)出一款光基芯片，可利用光與電協(xié)同工作，高效完成人工智能（AI）中功耗極高的圖像識別等任務(wù)。新型芯片能效高達(dá)執(zhí)行同樣任務(wù)的傳統(tǒng)芯片10倍甚至百倍以上，有望顯著緩解AI應(yīng)用對電力的巨大需求，同時推動更高性能AI系統(tǒng)和模型的發(fā)展。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《先進光子學(xué)》雜志。

新型芯片由佛羅里達(dá)大學(xué)、佛羅里達(dá)半導(dǎo)體研究所、加州大學(xué)洛杉磯分校及喬治華盛頓大學(xué)合作研制。研究團隊將光學(xué)元件直接集成于硅芯片之上，構(gòu)建出一個借助激光與顯微透鏡進行卷積運算的系統(tǒng)，大幅降低了執(zhí)行AI任務(wù)時的能耗。卷積運算是機器學(xué)習(xí)的核心功能，常用于圖像、視頻和文本中的模式識別，通常需消耗大量算力。

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新型硅光子芯片可將光編碼數(shù)據(jù)實時轉(zhuǎn)換為卷積運算結(jié)果

該芯片采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝，在芯片表面蝕刻了兩組微型菲涅耳透鏡。在執(zhí)行卷積運算時，機器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)首先被轉(zhuǎn)換為激光信號，穿過透鏡完成數(shù)學(xué)變換，最終結(jié)果再轉(zhuǎn)回數(shù)字信號，以完成AI任務(wù)。

測試表明，該光基芯片對手寫數(shù)字的分類準(zhǔn)確率可達(dá)98%，媲美傳統(tǒng)電子芯片。研究團隊稱，這是首次將此類光學(xué)計算集成于芯片，并應(yīng)用于AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。他們還證實，該芯片可通過不同顏色的激光同步處理多路數(shù)據(jù)流。

隨著AI日益成為多項技術(shù)的核心，其電力消耗也因模型復(fù)雜化而急劇上升，對能源效率和可持續(xù)性構(gòu)成挑戰(zhàn)。研究團隊表示，這款光基芯片以更低能耗執(zhí)行高功耗AI任務(wù)，有望成為解決這一問題的關(guān)鍵技術(shù)。