清華大學(xué)電子工程系和自動(dòng)化系的科研團(tuán)隊(duì)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(tǒng)文化,研發(fā)出一款名為"太極"的全新AI芯片,在通用智能計(jì)算領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大突破。

清華團(tuán)隊(duì)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(xùn)練AI模型、推理任務(wù)的關(guān)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?zé)狳c(diǎn)。清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)，首創(chuàng)分布式廣度智能光計(jì)算架構(gòu)，研制出全球首款大規(guī)模干涉衍射異構(gòu)集成芯片“太極（Taichi）”，實(shí)現(xiàn)了160 TOPS/W的通用智能計(jì)算。

“太極”光芯片架構(gòu)開發(fā)的過程中，靈感來自于典籍《周易》，團(tuán)隊(duì)成員以“易有太極，是生兩儀”為啟發(fā)，建立了全新的計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了光計(jì)算強(qiáng)悍性能的釋放。

從“無極”而至“太極”的雙向奔赴

從構(gòu)思到實(shí)驗(yàn)，開辟新賽道、做第一個(gè)吃螃蟹的人往往都伴隨著巨大的困難與壓力。

每一個(gè)研究成果的背后，都凝縮了團(tuán)隊(duì)每一位成員的心血，是歷經(jīng)無數(shù)失敗與徹夜難眠后，結(jié)出的那顆最耀眼的結(jié)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(gòu)上自頂向下探索，在硬件芯片設(shè)計(jì)上自底向上推演。

相異于電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依賴網(wǎng)絡(luò)深度以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算與功能，“太極”光芯片架構(gòu)源自光計(jì)算獨(dú)特的‘全連接’與‘高并行’屬性，化深度計(jì)算為分布式廣度計(jì)算，為實(shí)現(xiàn)規(guī)模易擴(kuò)展、計(jì)算高并行、系統(tǒng)強(qiáng)魯棒的通用智能光計(jì)算探索了新路徑。

據(jù)論文第一作者、電子系博士生徐智昊介紹，在“太極”架構(gòu)中，自頂向下的編碼拆分-解碼重構(gòu)機(jī)制，將復(fù)雜智能任務(wù)化繁為簡，拆分為多通道高并行的子任務(wù)，構(gòu)建的分布式‘大感受野’淺層光網(wǎng)絡(luò)對子任務(wù)分而治之，突破物理模擬器件多層深度級聯(lián)的固有計(jì)算誤差。

團(tuán)隊(duì)以周易典籍‘易有太極，是生兩儀’為啟發(fā)，建立干涉-衍射聯(lián)合傳播模型，融合衍射光計(jì)算大規(guī)模并行優(yōu)勢與干涉光計(jì)算靈活重構(gòu)特性，將衍射編解碼與干涉特征計(jì)算進(jìn)行部分/整體重構(gòu)復(fù)用，以時(shí)序復(fù)用突破通量瓶頸，自底向上支撐分布式廣度光計(jì)算架構(gòu)，為片上大規(guī)模通用智能光計(jì)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(gè)模塊凹槽與另一個(gè)模塊凸起的契合來完成兩個(gè)組件的拼接。在科研團(tuán)隊(duì)眼中，一旦把干涉、衍射變成基礎(chǔ)模塊，進(jìn)行重構(gòu)復(fù)用，可以憑借豐富的想象力搭建出變化無窮的造型。

據(jù)論文報(bào)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(jì)算實(shí)現(xiàn)自然場景千類對象識別、跨模態(tài)內(nèi)容生成等人工智能復(fù)雜任務(wù)。

“太極”光芯片有望為大模型訓(xùn)練推理、通用人工智能、自主智能無人系統(tǒng)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(fā)展的時(shí)代，以光子之道，為高性能計(jì)算探索新靈感、新架構(gòu)、新路徑。”