美國(guó)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(shí)別等任務(wù)。新型芯片能效比執(zhí)行同樣任務(wù)的傳統(tǒng)芯片提升10倍甚至百倍以上，有望顯著緩解AI應(yīng)用對(duì)電力的巨大需求 ，同時(shí)推動(dòng)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(jìn)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(tuán)隊(duì)將光學(xué)元件直接集成于硅芯片之上 ，構(gòu)建出一個(gè)借助激光與顯微透鏡進(jìn)行卷積運(yùn)算的系統(tǒng)，大幅降低了執(zhí)行AI任務(wù)時(shí)的能耗 。卷積運(yùn)算是機(jī)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(shí)別 ，通常需消耗大量算力 。
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(yùn)算時(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)首先被轉(zhuǎn)換為激光信號(hào) ，穿過透鏡完成數(shù)學(xué)變換 ，最終結(jié)果再轉(zhuǎn)回?cái)?shù)字信號(hào)，以完成AI任務(wù) 。
測(cè)試表明 ，該光基芯片對(duì)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(tuán)隊(duì)稱，這是首次將此類光學(xué)計(jì)算集成于芯片 ，并應(yīng)用于AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。他們還證實(shí) ，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(xiàng)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(duì)能源效率和可持續(xù)性構(gòu)成挑戰(zhàn) 。研究團(tuán)隊(duì)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) 。
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