“實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光計(jì)算芯片的智能推理與訓(xùn)練”入選2024年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展

3月27日消息（南山）今日，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在2025中關(guān)村論壇年會(huì)開(kāi)幕式上發(fā)布了2024年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”。

入選成果包括：“嫦娥六號(hào)返回樣品揭示月背28億年前火山活動(dòng)”、“實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光計(jì)算芯片的智能推理與訓(xùn)練”、“闡明單胺類神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制及相關(guān)精神疾病藥物調(diào)控機(jī)理”、“實(shí)現(xiàn)原子級(jí)特征尺度與可重構(gòu)光頻相控陣的納米激光器”、“發(fā)現(xiàn)自旋超固態(tài)巨磁卡效應(yīng)與極低溫制冷新機(jī)制”、“異體CAR-T細(xì)胞療法治療自身免疫病”、“額外X染色體多維度影響男性生殖細(xì)胞發(fā)育”、“凝聚態(tài)物質(zhì)中引力子模的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)”、“高能量轉(zhuǎn)化效率錒系輻射光伏微核電池的創(chuàng)制”、“發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞影響宿主星系形成演化的重要證據(jù)”。

其中，“實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光計(jì)算芯片的智能推理與訓(xùn)練”成果來(lái)自于清華大學(xué)。2024年8月，清華大學(xué)發(fā)布消息，該校電子工程系方璐教授課題組與自動(dòng)化系戴瓊海院士課題組再次取得了重大進(jìn)展。他們首創(chuàng)了全前向智能光計(jì)算訓(xùn)練架構(gòu)，并成功研制出“太極-Ⅱ”光芯片，這一成果標(biāo)志著光計(jì)算系統(tǒng)在大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高效精準(zhǔn)訓(xùn)練方面邁出了重要一步。

該研究成果已于2024年8月7日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)。審稿人對(duì)“太極-Ⅱ”光芯片的研究成果給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為“本文中提出的想法非常新穎，此類光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ONN)的訓(xùn)練過(guò)程是前所未有的。所提出的方法不僅有效，而且容易實(shí)現(xiàn)。因此，它有望成為訓(xùn)練光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他光學(xué)計(jì)算系統(tǒng)的廣泛采用的工具。”

論文研究表明，太極-II能夠?qū)Χ喾N不同光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，并在各種任務(wù)下均表現(xiàn)出了卓越的性能：

大規(guī)模學(xué)習(xí)領(lǐng)域：突破了計(jì)算精度與效率的矛盾，將數(shù)百萬(wàn)參數(shù)的光網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練速度提升了1個(gè)數(shù)量級(jí)，代表性智能分類任務(wù)的準(zhǔn)確率提升 40%。

復(fù)雜場(chǎng)景智能成像：弱光環(huán)境下(每像素光強(qiáng)度僅為亞光子)實(shí)現(xiàn)了能量效率為5.40×10^6 TOPS/W 的全光處理，系統(tǒng)級(jí)能效提升6個(gè)數(shù)量級(jí)。在非視域場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)了千赫茲幀率的智能成像，效率提升2個(gè)數(shù)量級(jí)。

拓?fù)涔庾訉W(xué)領(lǐng)域：在不依賴任何模型先驗(yàn)下可自動(dòng)搜索非厄米奇異點(diǎn)，為高效精準(zhǔn)解析復(fù)雜拓?fù)湎到y(tǒng)提供了新思路。

太極系列芯片實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高效推理與訓(xùn)練，相較于國(guó)際先進(jìn)GPU（依賴7nm先進(jìn)光刻制程），系統(tǒng)級(jí)能效提升了2個(gè)數(shù)量級(jí)，且僅需百納米級(jí)制程工藝。有望解決電子芯片痛點(diǎn)問(wèn)題，以全新的計(jì)算范式破除人工智能算力困局，以更低的資源消耗和更小的邊際成本，為人工智能大模型、通用人工智能、復(fù)雜智能系統(tǒng)的高速高能效計(jì)算探索新路徑。

據(jù)悉，本次活動(dòng)由近140位相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者從700多項(xiàng)基礎(chǔ)研究成果中遴選出31項(xiàng)成果，邀請(qǐng)包括440余位兩院院士在內(nèi)的2700余位專家學(xué)者對(duì)這31項(xiàng)成果進(jìn)行實(shí)名投票，評(píng)選出10項(xiàng)重大科學(xué)研究成果，經(jīng)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)咨詢委員會(huì)審議，最終確定入選名單。

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