光子人工智能芯片。光子芯片的計算速度為電子芯片的1000倍,但功耗僅為其百分之一。算力是傳統(tǒng)電子人工智能芯片的1000倍,但功耗只有其百分之一,低延遲還抗電磁干擾,由清華、北大、北交大等高校博士生創(chuàng)業(yè)研發(fā)的光子人工智能芯片,在技術上實現(xiàn)不少突破,未來可廣泛應用于手機、自動駕駛、智能機器人、無人機等領域。近日,該光子人工智能芯片項目落戶順義,將這項新技術推向了臺前。“芯片的設計、加工、封裝、測試全部在國內(nèi)完成,擺脫了對國外高制程光刻機的依賴,是我國在芯片領域換道超車的核心技術。”研究團隊負責人白冰說。
具高速率、低功耗優(yōu)勢
落地順義的光子人工智能芯片出自一個由清華、北大、北交大等多所高校的在校博士生組成的創(chuàng)業(yè)團隊,該團隊是全國第一個,也是全球第二個光子人工智能芯片研究團隊。團隊負責人、光子芯片的研發(fā)者之一——白冰,目前正在北京交通大學通信與信息系統(tǒng)專業(yè)攻讀博士學位。作為國內(nèi)第一個研究光子計算的團隊,白冰介紹,光子芯片具有低延遲、抗電磁干擾等優(yōu)勢,計算能力是傳統(tǒng)芯片的三個數(shù)量級,功耗卻只有傳統(tǒng)芯片的百分之一。
全流程可在國內(nèi)完成
對于光子人工智能芯片發(fā)展的意義,白冰說,國內(nèi)電子芯片設計領域能力很強,但在核心加工環(huán)節(jié)有一個很強的技術壁壘,需依賴國外的高制程光刻機,在成本等多個方面都會受限。光子人工智能芯片的生產(chǎn)過程自主可控,全流程可在國內(nèi)完成,采用國內(nèi)130nm微電子工藝加工完成,擺脫了對于國外高制程光刻機的依賴,無需在工藝制程上進行追趕。“芯片的設計、加工、封裝、測試全部在國內(nèi)完成,擺脫了對國外高制程光刻機的依賴,所以說是我國在芯片領域換道超車的核心技術。”白冰說。白冰表示,未來芯片主要還是針對人工智能領域的應用與發(fā)展。目前光子人工智能芯片的產(chǎn)品部署主要集中于設備端,預計于2022年將光子芯片運用到云端。記者了解到,第三代半導體是北京市高精尖產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容,也是順義確定發(fā)展的三大創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)集群之一。當前,順義正布局全產(chǎn)業(yè)鏈,7.1萬平方米的第三代半導體材料及應用聯(lián)合創(chuàng)新基地已于去年12月竣工。目前,中關村科技園區(qū)順義園管理委員會已與其團隊簽約,項目正式落戶順義。據(jù)介紹,上海也已開始光子芯片的布局,計劃到2021年建成全國硅光子芯片研發(fā)和中試基地,到2025年量產(chǎn)平臺實現(xiàn)芯片批量供貨,成為國際知名硅光子的研發(fā)、制造基地。
釋疑1 什么是光子人工智能芯片?
白冰介紹,光子人工智能芯片是指采用硅基光子集成技術,讓光提供算力,為人工智能應用提供高性能的硬件支持。第一個層面是“人工智能芯片”。如果一個芯片要跑得非常快、非常省電,一定是芯片的物理結構跟軟件高度匹配,這樣才能達到一個比較高的效率。包括現(xiàn)在的人臉識別、自動駕駛、安防監(jiān)控、AI金融、AI醫(yī)療等,實際上都是一種人工智能算法,要設計一款芯片結構跟其特征匹配,這就是人工智能芯片。第二個層面是“光子”。已有的人工智能芯片都是電子芯片,電子芯片在計算速度和功耗方面會有瓶頸。光子人工智能芯片是依托硅基光子集成技術,在內(nèi)部用光完成矩陣運算與數(shù)據(jù)交換。它的計算過程與人工智能算法高度匹配,計算速度比普通電子芯片高,功耗比電子芯片低。中科院上海微系統(tǒng)所所長助理、上海新微科技集團總裁秦曦曾介紹,集成電路的發(fā)展沿著摩爾定律已趨于極限,硅光子技術是超越摩爾研究領域的發(fā)展方向之一。通過硅光集成,用光代替原來的電進行傳輸,成本有可能降低到原來的十分之一,甚至更低。
釋疑2 與傳統(tǒng)芯片比有哪些優(yōu)勢?
白冰解釋,主要有兩方面優(yōu)勢。一個優(yōu)勢是計算速度,光子人工智能芯片的計算速度大概是電子芯片的三個數(shù)量級,約1000倍,單個電子芯片的計算速度大約是7.8TFlops,而光子人工智能芯片的計算速度大概是3200TFlops。第二個優(yōu)勢是功耗,光子人工智能芯片的功耗僅為電子芯片的百分之一,單位電子芯片和耗電量大概300W,對應的光子人工智能芯片的耗電量只有4W。對比不同芯片在同一情境下是否具有優(yōu)勢,要考慮性能功耗比、單位美元提供算力兩方面。性能功耗比是指消耗單位瓦特提供的性能,重在強調(diào)涉及多少電費,單位美元提供算力則重在強調(diào)芯片的生產(chǎn)成本。在這兩方面,光子人工智能芯片比電子芯片更有優(yōu)勢。
釋疑3 未來主要應用在哪些方面?
白冰表示,光子人工智能芯片可廣泛用于手機、安防監(jiān)控、自動駕駛、服務機器人、無人機、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)服務器和數(shù)據(jù)中心等關鍵人工智能領域。比如在分揀機器人機械臂上裝上攝像頭,讓它識別有什么東西,控制它去抓取等。據(jù)其介紹,光子人工智能芯片的發(fā)展得益于人工智能的發(fā)展。光學計算芯片其實在實驗室一直存在,但它一直沒有比較好的應用場景,沒有辦法落地應用。近年來伴隨著人工智能的興起,人工智能的算法特征恰好跟光學芯片物理性能匹配,這使得光學計算有了走出實驗室、走向產(chǎn)業(yè)應用的機會,就是這樣一個過程。中科院“百人計劃”專家、上海微系統(tǒng)所研究員余明斌回國后也一直致力于硅光工藝平臺的建設。他認為,這是一個可能引發(fā)巨大產(chǎn)業(yè)新空間的前瞻性技術。
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原文標題:光子人工智能芯片助“中國芯”換道超車
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