藝術(shù)家繪制的中紅外激光芯片示意圖,其中光路連接著各個組件。圖片來源:羅潤克

《自然》雜志9日發(fā)表的兩篇獨立研究論文介紹了兩種光子計算芯片,與電子系統(tǒng)結(jié)合在一起,比傳統(tǒng)電子芯片性能更高,能耗更低,將能滿足因人工智能(AI)技術(shù)發(fā)展而推升的計算需求。

AI和深度學(xué)習(xí)模型的復(fù)雜性日益增長,將傳統(tǒng)電子計算推向極限,而且能源需求也不斷增加。光子計算使用光子而非電子,是應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的潛在方案。因為乘法和加法作為AI的核心計算操作,在使用光子電路時會更快、更高效。不過,將光子芯片集成到傳統(tǒng)硬件電子器件中能否表現(xiàn)出優(yōu)勢,一直很難證明。這兩篇最新論文探索了與硅電子集成的光子計算芯片的性能。

據(jù)其中一篇論文介紹,新加坡Lightelligence公司演示了一種名為PACE的光子加速器,能完成極低時延的計算。時延是衡量實時處理計算速度的重要指標(biāo)。這個大型加速器由逾16000個光子元件以64×64矩陣組成,能實現(xiàn)高速計算(最高達1GHz),而且相比小型電路或單個光子元件,其最小時延可降低至原來的1/500。PACE能解決“伊辛問題”這類很難的計算問題,證明了該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的可行性。

美國Lightmatter團隊在另一篇獨立論文中描述了一種能以高準確度、高效執(zhí)行AI模型的光子處理器。該處理器由4個128×128矩陣組成,能執(zhí)行自然語言處理模型BERT和一個名為ResNet的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(用于圖像處理),且準確度與傳統(tǒng)電子處理器不相上下。團隊演示了他們的光子處理器的一系列應(yīng)用,包括生成莎士比亞式文本,準確給電影評論分類,以及玩電腦游戲《吃豆人》。

兩個團隊都表示他們的系統(tǒng)可擴展,但仍需進一步優(yōu)化。美國達特茅斯學(xué)院科學(xué)家在新聞與觀點文章中評論稱,“光子計算的研發(fā)已有數(shù)十載,而這些演示可能意味著我們終于能利用光來構(gòu)建更強大、更高效的計算系統(tǒng)”。