本文由半导体家当纵横（ID：ICVIEWS）综合
清华大学的研究职员开拓出了一种新的智能光子感知打算芯片，能够在纳秒级韶光内处理、传输和重修图像。
随着传感和打算模块在边缘根本举动步伐的广泛支配，自然场景的高速感知、打算和重修至关主要。现有端侧视觉智能大多为感算分离范式，即通过传感器感知和采集光旗子暗记，转换为电旗子暗记后进行智能任务的打算。光和电之间的频繁转换，以及后摩尔时期电子打算性能发展趋势的减缓，制约了端侧智能处理的速率和带宽。
针对边缘系统面临的感算瓶颈，清华大学电子工程系方璐课题组提出了面向自然场景的感算一体全光智能打算架构，研制了并行化全光感算阵列芯片（optical parallel computational array chip, OPCA chip），打破了非相关光场矩阵打算的难题，摒弃了“光感知-电打算”的感算分离范式，以“光入-光出”端到真个打算实现全光机器视觉，将非相关光场智能处理的速率提升至纳秒量级，支持每秒千亿像素规模的自然光场处理，干系事情揭橥于光学领域顶级期刊《光学》（Optica），并入选期刊主页推举。
论文揭橥截图
课题组刻画了自然场景光旗子暗记与片上光场的调制关系，提出了非相关-相关全光乘加算子，建立了空谱域多维全光神经网络，打破了非相关光场智能感算难题，提出了全光片上谐振神经元模型，研制了全光感算一体阵列芯片OPCA，支撑自然场景光场旗子暗记的并行感知与高速打算。在此根本上，课题组构建了多波长全光神经网络，将感知、打算和重修融为一体，实现了端到真个全光编解码和光场重修任务，在纳秒韶光尺度上可完成对自然场景的端到端重修。在视觉智能分类任务上，OPCA芯片实测相应韶光为 6.0 纳秒、视觉处理带宽达THz即每秒可处理千亿像素规模，比较传统相机采集、存储、智能处理这一感算分离系统（相应韶光大多为毫秒量级、每秒处理亿像素），速率提升6个数量级，带宽提升2～3个数量级。
期刊主页推举截图
以OPCA芯片为代表的感算一体全光机器视觉，为智能光打算技能向端侧运用领域的发展迈出了主要的一步。该芯片未来将与大规模智能光打算芯片（例如：课题组研制的“太极Taichi”芯片[Science 2024]）集成，打破光电/电光转换带来的速率和功耗桎梏，实现从光感知到光处理的端到端全光智能感算。凭借其高速率、高带宽的感算特性，有望为自动驾驶、工业检测、智能机器人、VR/AR等领域带来性能的颠覆性打破，运用前景广阔。
该研究事情以“并行光子芯片实现纳秒级端到端图像处理、传输和重修”（Parallel photonic chip for nano-second end-to-end image processing, transmission, and reconstruction）为题，揭橥在《光学》（Optica）期刊上。清华大学电子工程系为论文的第一单位，方璐副教授为论文的通讯作者，电子系博士生吴蔚、博士后周天贶（水木学者）为论文第一作者。该课题受到科技部2030重大项目、国家自然科学基金委、中国科协、中国博士后基金、清华大学-之江实验室联合研究中央等项目的支持。
近10年来，光子技能已经成为新一代信息技能、人工智能、智能汽车、医药康健等下一个运用领域关注的焦点，也被干系国家视为保持国际市场前辈地位的关键技能之一。
过去电子芯片紧张运用于打算和存储领域，而光子芯片可以在信息获取、信息传输、信息处理、信息存储及信息显示等领域催生浩瀚新的运用处景。在信息获取方面，激光雷达、光传感将在人工智能、自动驾驶、物联网等领域形成新的运用处景。在信息传输方面，形成了5G、光通信、量子通信等为代表的运用处景，家当规模巨大。在信息处理方面，形成了光子打算、量子打算等运用处景，未来将大幅度提升打算机性能。在信息存储方面，5D激光存储、光收发模块等将形成云打算与大数据中央等新的运用处景。在信息显示方面，将形成VR、AR及microLED等新的信息显示运用处景。此外，光子芯片在生命康健、超导材料以及国防装备等方面，将形成神经光子学、免疫剖析、高超音速武器等新的重大运用处景。
如果说信息时期的根本举动步伐是电子芯片，那么人工智能时期将更多地依托光子芯片。
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