《自然》雜志4月9日發(fā)表的兩篇獨(dú)立研究論文介紹了兩種光子計(jì)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(jì)算需求。

AI和深度學(xué)習(xí)模型的復(fù)雜性日益增長(zhǎng)，將傳統(tǒng)電子計(jì)算推向極限，而且能源需求也不斷增加。光子計(jì)算使用光子而非電子，是應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的潛在方案。因?yàn)槌朔ê图臃ㄗ鳛锳I的核心計(jì)算操作，在使用光子電路時(shí)會(huì)更快、更高效。不過(guò)，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(shì)，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(jì)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(shí)延的計(jì)算。時(shí)延是衡量實(shí)時(shí)處理計(jì)算速度的重要指標(biāo)。這個(gè)大型加速器由逾16000個(gè)光子元件以64×64矩陣組成，能實(shí)現(xiàn)高速計(jì)算（最高達(dá)1GHz），而且相比小型電路或單個(gè)光子元件，其最小時(shí)延可降低至原來(lái)的1/500。PACE能解決“伊辛問(wèn)題”這類(lèi)很難的計(jì)算問(wèn)題，證明了該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

美國(guó)Lightmatter團(tuán)隊(duì)在另一篇獨(dú)立論文中描述了一種能以高準(zhǔn)確度、高效執(zhí)行AI模型的光子處理器。該處理器由4個(gè)128×128矩陣組成，能執(zhí)行自然語(yǔ)言處理模型BERT和一個(gè)名為ResNet的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（用于圖像處理），且準(zhǔn)確度與傳統(tǒng)電子處理器不相上下。團(tuán)隊(duì)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(zhǔn)確給電影評(píng)論分類(lèi)，以及玩電腦游戲《吃豆人》。

兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都表示他們的系統(tǒng)可擴(kuò)展，但仍需進(jìn)一步優(yōu)化。美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院科學(xué)家在新聞與觀點(diǎn)文章中評(píng)論稱，“光子計(jì)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(lái)構(gòu)建更強(qiáng)大、更高效的計(jì)算系統(tǒng)”。

【總編輯圈點(diǎn)】

隨著科技的發(fā)展，計(jì)算能力的需求持續(xù)攀升，特別是在AI和深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域，傳統(tǒng)電子芯片已逐漸力不從心。在此背景下，結(jié)合了光與電優(yōu)勢(shì)的新型計(jì)算芯片，為解決這些問(wèn)題帶來(lái)了曙光。本文中的這些成果，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的重大突破，也預(yù)示著這一路徑未來(lái)可能出現(xiàn)更符合需求的設(shè)備。新成果還需進(jìn)一步優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模應(yīng)用，前路充滿挑戰(zhàn)，但光子計(jì)算技術(shù)正在開(kāi)辟一條新路，在計(jì)算世界中扮演更為重要的角色。