清华大学电子工程系自动化该系科研团队探索突破人工智能解决算力瓶颈的新途径。他们受到中国传统文化的启发,开发了一款名为“;太极拳;新型人工智能芯片,在通用智能计算领域取得重大突破。
清华团队的AI光学芯片为何受到《易经》的启发
作为人工智能三驾马车之一，计算能力用于训练AI模型、推理任务的关键。如果大模型是为了做出一道精美的菜，计算能力就像一套方便的烹饪工具。如何打造兼具大算力和高能效的下一代AI芯片，已成为国际热点。清华大学研究团队，首个分布式广度智能光计算架构，研发出全球首款大规模干涉衍射异构集成芯片“太极”，实现160TOPS/W通用智能计算。
“太极”光芯片架构研发过程中，灵感源自经典著作《周易》，团队成员自称“易游太极”，“这是两种美德的诞生”是灵感，建立了新的计算模型，实现光计算强大性能的释放。
从“无极”到“太极”的双向之旅
从想法到实验，开辟新赛道、第一个吃螃蟹往往伴随着巨大的困难和压力。
每一项研究成果的背后，一切都凝结着团队每一位成员的心血，经过无数次的失败和不眠之夜，最耀眼的水晶形成。但方璐却把这个科研过程比作一次浪漫的“双向奔波”：自上而下的算法架构探索，硬件芯片设计中自下而上的推演。
与电子神经网络不同，电子神经网络依靠网络深度来实现复杂的计算和功能，“太极”光芯片架构源自光计算独特的“全连接”和“高并行”特性，将深度计算转变为分布式广度计算，实现轻松的可扩展性、高度并行计算、系统强健通用智能光计算探索新路径。
据论文第一作者介绍、电子系博士生徐志浩介绍，在“太极”建筑中，自上而下的编码分裂解码重构机制，让复杂的智能任务变得简单，拆分为多通道高度并行的子任务，构建的分布式“大感受野”浅层光网络对子任务进行分治，突破物理模拟装置多层深度级联固有的计算误差。
团队使用了周易经典《易游太极》，“生良宜”是灵感，建立干涉-衍射联合传播模型，融合衍射光计算的大规模并行优势和干涉光计算的灵活重构特性，重用衍射编码和解码以及干涉特征计算进行部分/整体重建，通过时序重用突破吞吐量瓶颈，自下而上支持分布式广度光计算架构，探索大规模通用智能片上光计算新路径。
通俗地说，干涉和衍射的结合就像拼乐高玩具一样。通过将一个模块的凹槽与另一个模块的突起配合，可以将乐高积木组装成两个组件。在科研团队眼中，一旦干扰、衍射成为基本构件，重构和重用，你可以发挥你丰富的想象力，创造出无穷无尽的形状。
据论文称：“太极”光学芯片具有879 T MACS/mm面积效率和能源效率为 160 TOPS/W，光计算首次赋能，实现自然场景中数千个物体的识别、跨模式内容生成等人工智能复杂的任务。
“太极”光学芯片有望训练大型模型推理、普遍的人工智能自主智能无人系统提供算力支撑。
方璐说，“光学芯片之所以被命名为‘太极’，我也希望它能用在今天的大型车型上人工智能蓬勃发展的时代，光子的方式，发现高性能计算的新灵感、新架构、新路径。”