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3 月 27 日，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在 2025 中關(guān)村論壇年會(huì)開幕式上發(fā)布了 2024 年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”。其中，“實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光計(jì)算芯片的智能推理與訓(xùn)練”成果來自于清華大學(xué)。
2024 年 8 月，清華大學(xué)電子工程系方璐教授課題組與自動(dòng)化系戴瓊海院士課題組取得重大進(jìn)展，首創(chuàng)了全前向智能光計(jì)算訓(xùn)練架構(gòu)，并成功研制出“太極-Ⅱ”光芯片。該成果標(biāo)志著光計(jì)算系統(tǒng)在大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高效精準(zhǔn)訓(xùn)練方面邁出了重要一步。
“太極-Ⅱ”光芯片的研究成果已于 2024 年 8 月 7 日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》。審稿人對(duì)該成果給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為“本文中提出的想法非常新穎，此類光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ONN)的訓(xùn)練過程是前所未有的。所提出的方法不僅有效，而且容易實(shí)現(xiàn)。因此，它有望成為訓(xùn)練光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他光學(xué)計(jì)算系統(tǒng)的廣泛采用的工具。”
論文研究表明，太極-II 能夠?qū)Χ喾N不同光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，并在各種任務(wù)下均表現(xiàn)出了卓越的性能。在大規(guī)模學(xué)習(xí)領(lǐng)域，太極-II 突破了計(jì)算精度與效率的矛盾，將數(shù)百萬參數(shù)的光網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練速度提升了 1 個(gè)數(shù)量級(jí)，代表性智能分類任務(wù)的準(zhǔn)確率提升 40%。在復(fù)雜場(chǎng)景智能成像方面，太極-II 在弱光環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了能量效率為 5.40×10^6 TOPS/W 的全光處理，系統(tǒng)級(jí)能效提升 6 個(gè)數(shù)量級(jí)。在非視域場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)了千赫茲幀率的智能成像，效率提升 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。在拓?fù)涔庾訉W(xué)領(lǐng)域，太極-II 在不依賴任何模型先驗(yàn)下可自動(dòng)搜索非厄米奇異點(diǎn)，為高效精準(zhǔn)解析復(fù)雜拓?fù)湎到y(tǒng)提供了新思路。
太極系列芯片實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高效推理與訓(xùn)練，相較于國(guó)際先進(jìn) GPU（依賴 7nm 先進(jìn)光刻制程），系統(tǒng)級(jí)能效提升了 2 個(gè)數(shù)量級(jí)，且僅需百納米級(jí)制程工藝。有望解決電子芯片痛點(diǎn)問題，以全新的計(jì)算范式破除人工智能算力困局，以更低的資源消耗和更小的邊際成本，為人工智能大模型、通用人工智能、復(fù)雜智能系統(tǒng)的高速高能效計(jì)算探索新路徑。
