清華大學電子工程系和自動化系的科研團隊探索突破人工智能算力瓶頸的新路徑。他們靈感來自于中華傳統文化,研發出一款名為"太極"的全新AI芯片,在通用智能計算領域實現了重大突破。

清華團隊AI光芯片靈感來自周易什么情況

作為人工智能的三駕馬車之一，算力是訓練AI模型、推理任務的關鍵。倘若大模型是做一道精致的菜肴，算力就好比一套稱手的烹飪工具。如何制造出兼具大算力和高能效的下一代AI芯片，已成為國際前沿熱點。清華大學科研團隊，首創分布式廣度智能光計算架構，研制出全球首款大規模干涉衍射異構集成芯片“太極（Taichi）”，實現了160 TOPS/W的通用智能計算。

“太極”光芯片架構開發的過程中，靈感來自于典籍《周易》，團隊成員以“易有太極，是生兩儀”為啟發，建立了全新的計算模型，實現了光計算強悍性能的釋放。

從“無極”而至“太極”的雙向奔赴

從構思到實驗，開辟新賽道、做第一個吃螃蟹的人往往都伴隨著巨大的困難與壓力。

每一個研究成果的背后，都凝縮了團隊每一位成員的心血，是歷經無數失敗與徹夜難眠后，結出的那顆最耀眼的結晶。但方璐卻將這次科研歷程比擬為一場浪漫的“雙向奔赴”：從算法架構上自頂向下探索，在硬件芯片設計上自底向上推演。

相異于電子神經網絡依賴網絡深度以實現復雜的計算與功能，“太極”光芯片架構源自光計算獨特的‘全連接’與‘高并行’屬性，化深度計算為分布式廣度計算，為實現規模易擴展、計算高并行、系統強魯棒的通用智能光計算探索了新路徑。

據論文第一作者、電子系博士生徐智昊介紹，在“太極”架構中，自頂向下的編碼拆分-解碼重構機制，將復雜智能任務化繁為簡，拆分為多通道高并行的子任務，構建的分布式‘大感受野’淺層光網絡對子任務分而治之，突破物理模擬器件多層深度級聯的固有計算誤差。

團隊以周易典籍‘易有太極，是生兩儀’為啟發，建立干涉-衍射聯合傳播模型，融合衍射光計算大規模并行優勢與干涉光計算靈活重構特性，將衍射編解碼與干涉特征計算進行部分/整體重構復用，以時序復用突破通量瓶頸，自底向上支撐分布式廣度光計算架構，為片上大規模通用智能光計算探索了新路徑。

通俗來講，干涉-衍射的組合方式仿佛就是在拼樂高玩具。樂高積木可以通過一個模塊凹槽與另一個模塊凸起的契合來完成兩個組件的拼接。在科研團隊眼中，一旦把干涉、衍射變成基礎模塊，進行重構復用，可以憑借豐富的想象力搭建出變化無窮的造型。

據論文報道：“太極”光芯片具備879 T MACS/mm?的面積效率與160 TOPS/W的能量效率，首次賦能光計算實現自然場景千類對象識別、跨模態內容生成等人工智能復雜任務。

“太極”光芯片有望為大模型訓練推理、通用人工智能、自主智能無人系統提供算力支撐。

方璐表示，“之所以將光芯片命名為‘太極’，也是希望可以在如今大模型通用人工智能蓬勃發展的時代，以光子之道，為高性能計算探索新靈感、新架構、新路徑。”