新一代算力芯片領(lǐng)域迎來(lái)里程碑式進(jìn)展——上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出國(guó)際首款支持大規(guī)模語(yǔ)義媒體生成的全光計(jì)算芯片。該成果以"All-optical synthesis chip for large-scale intelligent semantic vision generation"為題，登上國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》封面，標(biāo)志著光計(jì)算技術(shù)正式邁入大規(guī)模生成式人工智能應(yīng)用階段。

面對(duì)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)帶來(lái)的算力危機(jī)，傳統(tǒng)電子芯片架構(gòu)已難以滿(mǎn)足AI模型訓(xùn)練需求。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出全光大規(guī)模語(yǔ)義生成芯片LightGen架構(gòu)，通過(guò)百萬(wàn)級(jí)光學(xué)神經(jīng)元集成技術(shù)、全光維度轉(zhuǎn)換機(jī)制及無(wú)真值訓(xùn)練算法三大突破，首次在單一芯片上實(shí)現(xiàn)了從圖像輸入到語(yǔ)義理解、再到全新媒體生成的完整端到端處理流程。這一成果突破了傳統(tǒng)光計(jì)算芯片僅能處理簡(jiǎn)單分類(lèi)任務(wù)的局限，使光子具備直接"理解"復(fù)雜語(yǔ)義的能力。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，LightGen在512×512分辨率圖像生成、3D場(chǎng)景重建（NeRF）、高清視頻生成等12類(lèi)生成任務(wù)中，生成質(zhì)量與Stable Diffusion等主流電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)，但能耗顯著降低。在采用商用輸入設(shè)備條件下，該芯片較頂尖數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)2個(gè)數(shù)量級(jí)的算力提升和2個(gè)數(shù)量級(jí)的能效優(yōu)化；若配備前沿光子輸入系統(tǒng)，理論算力可躍升7個(gè)數(shù)量級(jí)，能效提升達(dá)8個(gè)數(shù)量級(jí)。這種性能飛躍源于光子傳輸?shù)奶烊徊⑿行詢(xún)?yōu)勢(shì)——光速傳播特性使芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)交互延遲趨近于零，同時(shí)避免了電子芯片中的電阻熱損耗。

研究團(tuán)隊(duì)特別設(shè)計(jì)了嚴(yán)苛的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)直接測(cè)量整個(gè)系統(tǒng)的端到端能耗，排除了外圍電路對(duì)性能評(píng)估的干擾。在語(yǔ)義調(diào)控實(shí)驗(yàn)中，LightGen成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)生成圖像的局部特征修改與全局風(fēng)格遷移，其生成的采樣圖像經(jīng)專(zhuān)家評(píng)估，在細(xì)節(jié)豐富度、語(yǔ)義一致性等指標(biāo)上達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。這種能力使芯片可直接應(yīng)用于自動(dòng)駕駛場(chǎng)景實(shí)時(shí)建模、醫(yī)療影像動(dòng)態(tài)生成等對(duì)時(shí)延敏感的領(lǐng)域。

該成果的突破性不僅體現(xiàn)在技術(shù)指標(biāo)上，更在于構(gòu)建了光計(jì)算與數(shù)字系統(tǒng)無(wú)縫銜接的橋梁。研究團(tuán)隊(duì)此前開(kāi)發(fā)的ACCEL全模擬光電芯片已驗(yàn)證光計(jì)算在復(fù)雜智能任務(wù)中的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)，而本次LightGen架構(gòu)進(jìn)一步將應(yīng)用范圍擴(kuò)展至生成式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。目前，團(tuán)隊(duì)正與產(chǎn)業(yè)界合作推進(jìn)芯片的工業(yè)化落地，重點(diǎn)攻關(guān)光子輸入模塊的工程化難題，預(yù)計(jì)三年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)特定場(chǎng)景的商業(yè)化部署。

學(xué)術(shù)界對(duì)該成果給予高度評(píng)價(jià)。《科學(xué)》期刊審稿人指出，這項(xiàng)研究解決了大規(guī)模光計(jì)算芯片集成度、維度變換、訓(xùn)練算法三大核心難題，其提出的無(wú)真值訓(xùn)練方法為光計(jì)算領(lǐng)域開(kāi)辟了新范式。隨著生成式AI加速滲透各行各業(yè)，這種兼具超高算力與能效的新型芯片架構(gòu)，有望成為破解"算力焦慮"的關(guān)鍵技術(shù)路徑。