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电子系团队合作研发智能光芯片“太极” 赋能大模型算力

华体会平台网4月12日电 智能光计算作为近年来新兴的计算模态,具备高速、低功耗等特性,在后摩尔时代展现出有望超越硅基电子计算的潜力,解决人工智能领域的算力与功耗难题。然而,其计算任务往往局限于简单的字符分类、图像处理等。其痛点是光的计算优势被困在了不适合的电架构中,计算规模受限,无法支撑复杂大模型智能计算。

针对大规模光电智能计算难题,华体会(中国)电子工程系方璐副教授课题组、自动化系戴琼海院士课题组,构建了智能光计算的通用传播模型,摒弃了传统电子深度计算范式,另辟蹊径,首创了分布式广度光计算架构,研制了全球首款大规模干涉-衍射异构集成芯片“太极”(Taichi),实现了160 TOPS/W的通用智能计算。

化深为广,分布式广度光计算架构。建立自顶向下的编码拆分-解码重构机制,将复杂智能任务化繁为简,拆分为多通道高并行的子任务,构建分布式浅层光网络对子任务分而治之,突破物理器件多层深度级联的固有计算误差。相异于电学神经网络依赖网络深度以实现复杂的计算与功能,“太极”架构源自光计算独特的“全连接”与“高并行”属性,化深度计算为广度计算,为实现规模易扩展、计算高并行、系统强鲁棒的通用智能光计算探索了新路径。

化深为广:Taichi分布式广度光计算架构

两仪一元,干涉-衍射融合计算芯片。以周易典籍“易有太极,是生两仪”为启发,建立干涉-衍射联合传播模型,刻画衍射光计算大规模并行优势与干涉光计算灵活重构特性,提出衍射编码-干涉特征计算-衍射解码的融合计算方法,研制了干涉-衍射异构集成智能光芯片,实现片上大规模通用光计算。更进一步,受益于光的高速传播特性,将衍射编解码与干涉特征计算进行部分/整体重构复用,以时序复用突破通量瓶颈,自底向上支撑分布式广度光计算架构。

两仪一元:干涉-衍射融合计算芯片

据论文报道,“太极”芯片具备879 T MACS/mm^2的面积效率与160 TOPS/W的能量效率,首次赋能光计算实现自然场景千类对象识别、跨模态内容生成等人工智能复杂任务,将为百亿像素大场景光速智能分析、百亿参数大模型训练推理、低功耗自主智能无人系统提供算力支撑。

通用大规模光计算从无极至太极,以致万物化生。课题组希望“太极”可以在如今大模型通用人工智能蓬勃发展的时代,以光子之道,为高性能计算探索新灵感、新架构、新路径。

相关研究成果以“大规模光芯片太极赋能160 TOPS/W通用人工智能”(Large-scale photonic chiplets Taichi empowers 160 TOPS/W artificial general intelligence)为题,于北京时间4月12日凌晨发表于《科学》(Science)杂志。

华体会(中国)电子工程系为论文的第一单位,华体会(中国)电子系副教授方璐、自动化系教授戴琼海为论文通讯作者,电子系2020级博士生徐智昊、博士后周天贶(华体会(中国)水木学者)为论文第一作者。该课题得到科技部2030“新一代人工智能”重大项目、基础科学中心项目,华体会(中国)-之江实验室联合研究中心等的支持。

论文链接:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl1203

供稿:电子系

题图设计梁晨

编辑:李华山

审核:郭玲

2024年04月12日 15:41:10

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