上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院圖像通信與網(wǎng)絡(luò)工程研究所陳一彤課題組在算力芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，成功研制出全球首款支持大規(guī)模語義媒體生成的全光計算芯片。該成果以"All-optical synthesis chip for large-scale intelligent semantic vision generation"為題，發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science），標(biāo)志著我國在智能計算芯片領(lǐng)域取得重大原創(chuàng)性進(jìn)展。

隨著深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和生成式AI技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)有電子芯片架構(gòu)面臨算力增長與能耗控制的雙重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)全光計算芯片受限于光學(xué)元件集成度，僅能處理簡單分類任務(wù)，而光電混合架構(gòu)則因信號轉(zhuǎn)換損耗導(dǎo)致計算速度受限。研究團(tuán)隊針對這一行業(yè)痛點，創(chuàng)新提出全光大規(guī)模語義生成芯片LightGen架構(gòu)，首次在單芯片上實現(xiàn)了百萬級光學(xué)神經(jīng)元集成、全光維度轉(zhuǎn)換及無監(jiān)督光芯片訓(xùn)練算法三大技術(shù)突破。

實驗數(shù)據(jù)顯示，該芯片可直接處理分辨率達(dá)512×512的圖像語義生成任務(wù)，并支持3D場景重建（NeRF）、高清視頻生成、語義特征遷移等復(fù)雜應(yīng)用。與傳統(tǒng)電子芯片不同，LightGen構(gòu)建了完整的光信號處理鏈路，從圖像輸入到語義理解，再到內(nèi)容生成與調(diào)控，全程無需電信號介入，真正實現(xiàn)了光子層面的智能計算。研究團(tuán)隊特別設(shè)計的訓(xùn)練算法，突破了光場真值數(shù)據(jù)缺失的瓶頸，使芯片具備自主學(xué)習(xí)能力。

性能測試表明，在相同生成質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下，LightGen展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。使用常規(guī)輸入設(shè)備時，其算力與能效較頂尖數(shù)字芯片提升達(dá)2個數(shù)量級；若配備前沿光信號輸入裝置，理論算力可提升7個數(shù)量級，能效提升8個數(shù)量級。這種跨越式性能提升，不僅驗證了全光架構(gòu)處理復(fù)雜生成任務(wù)的可行性，更為下一代超低功耗智能計算芯片開辟了新路徑。該成果已通過多場景驗證，包括高分辨率圖像生成、動態(tài)視頻處理及三維場景重建等典型應(yīng)用。