計(jì)算速度是電子芯片1000倍，光子AI芯片商用產(chǎn)品今年面世！

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）隨著AI芯片面臨算力瓶頸，用光子代替電子進(jìn)行AI計(jì)算開(kāi)始問(wèn)世，目前已經(jīng)有多家初創(chuàng)公司正在研究光子AI芯片，包括曦智科技、光子算數(shù)、Lightmatter、Luminous等。

與電子芯片相比，光子芯片的計(jì)算速度是其的1000倍，而且功耗僅為其百分之一。當(dāng)前用光學(xué)做計(jì)算還處于比較早期的階段，各家基本還是停留在研究和產(chǎn)品測(cè)試階段。

不過(guò)可以看到，各家公司正在積極推進(jìn)商用，Lightmatter公司就表示今年將會(huì)推出搭載光子AI芯片的商用產(chǎn)品，光子計(jì)算無(wú)疑將成為AI芯片領(lǐng)域的另一個(gè)賽道。

看幾個(gè)例子，詳細(xì)理解什么是光子AI芯片

光子AI芯片公司Lightelligence在2019年宣布開(kāi)發(fā)出世界第一款光子芯片原型板卡（Prototype），在視頻演示中，該團(tuán)隊(duì)在這個(gè)原型產(chǎn)品上成功用光子芯片運(yùn)行了Google Tensorflow 自帶的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)處理 MNIST 數(shù)據(jù)集。

據(jù)介紹，這是一個(gè)使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別手寫(xiě)數(shù)字的基準(zhǔn)機(jī)器學(xué)習(xí)模型，也是機(jī)器學(xué)習(xí)中最著名的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集之一。在測(cè)試中，整個(gè)模型超過(guò) 95% 的運(yùn)算是在光子芯片上完成的處理。

測(cè)試結(jié)構(gòu)顯示，光子芯片處理的準(zhǔn)確率已經(jīng)接近電子芯片，在97%以上，另外光子芯片完成矩陣乘法所用的時(shí)間是最先進(jìn)的電子芯片的 1/100 以?xún)?nèi)。

圖片來(lái)自Lightelligence

脫胎于麻省理工學(xué)院的初創(chuàng)公司Lightmatter在今年8月份的Hot Chips 32大會(huì)上，也展示了用于通用AI加速的光子計(jì)算測(cè)試芯片。

這款處理器芯片利用硅光子和MEMS技術(shù)，以光速處理矩陣向量乘法，由毫瓦級(jí)激光光源供電，該公司表示，將于今年秋季推出其首款商用產(chǎn)品，專(zhuān)為數(shù)據(jù)中心AI推理工作負(fù)載而設(shè)計(jì)的搭載光子計(jì)算芯片的PCIe卡。

Lightmatter首席執(zhí)行官尼克·哈里斯表示：“我們可以利用現(xiàn)有AI數(shù)據(jù)中心，將能耗降低為原來(lái)的1/20，將物理空間減少為原來(lái)的1/5?！彼J(rèn)為，即使是在實(shí)際應(yīng)用中，該款演示的光子計(jì)算芯片將擊敗AI加速領(lǐng)域的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者——英偉達(dá)A100 GPU。

光子算數(shù)也是國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)少有的光子AI芯片賽道玩家，該公司與高校一起打造了面向服務(wù)器的光電混合AI加速計(jì)算卡，目前已完成一些定制化加速任務(wù)，包括機(jī)器學(xué)習(xí)推理、時(shí)間序列分析等特定任務(wù)。

目前光子算數(shù)已將一些光電混合AI加速計(jì)算服務(wù)器提供給機(jī)房和IDC試用與測(cè)試，接口是標(biāo)準(zhǔn)的PCIe口。此外，其服務(wù)器也與一些國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)和CPU廠商做了適配。

光子AI芯片的優(yōu)勢(shì)特別明顯，計(jì)算速度快，功耗低，空間占用少

當(dāng)前，越來(lái)越多的行業(yè)用到人工智能，而人工智能的算力瓶頸也越來(lái)越嚴(yán)重，根據(jù)OpenAI的研究顯示，訓(xùn)練最大的人工智能模型所需的計(jì)算能力每三個(gè)半月就會(huì)增長(zhǎng)一倍。

電子芯片存在耗電量大、處理速度慢等特點(diǎn)，業(yè)界一直在探索更強(qiáng)大的人工智能芯片，于是用光子替代電子進(jìn)行AI計(jì)算的想法出現(xiàn)了。

致力于開(kāi)發(fā)光學(xué)芯片加速AI的初創(chuàng)公司Luminous的CEO兼聯(lián)合創(chuàng)始人MarcusGomez認(rèn)為，光可以使用激光通過(guò)芯片上被稱(chēng)為波導(dǎo)的微小結(jié)構(gòu)來(lái)發(fā)射光，通過(guò)使用不同顏色的光同時(shí)利用波導(dǎo)移動(dòng)多個(gè)數(shù)據(jù)塊，可以超越傳統(tǒng)電子芯片的數(shù)據(jù)承載能力。

快速傳輸大量信息的能力說(shuō)明，光學(xué)處理器非常適合處理驅(qū)動(dòng)人工智能模型的大量計(jì)算，同時(shí)，它們的耗能比電子芯片少得多。Luminous的另一位聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官M(fèi)itchellNahmias此前表示，公司的原型機(jī)可以比其他最先進(jìn)的人工智能芯片節(jié)能3個(gè)數(shù)量級(jí)。

有中科院專(zhuān)家此前表示，光芯片正在逐步取代傳統(tǒng)的電芯片，成為通信芯片、人工智能芯片的主流，原因在于，大量電子在高密度集成電路里運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使器件發(fā)熱，還會(huì)產(chǎn)生電磁損耗，這就影響了芯片的速度、功耗等性能。

與電相比，光的運(yùn)動(dòng)既快速又輕盈，運(yùn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生熱量，而且多路光線能在同一個(gè)時(shí)空里運(yùn)動(dòng)并保持各自的獨(dú)立性，從而大幅節(jié)省信號(hào)傳輸通道。

事實(shí)上，光芯片在通信領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，而光芯片替代電芯片進(jìn)行AI計(jì)算卻是近幾年才開(kāi)始的，曦智科技創(chuàng)始人沈亦晨此前談到，這是因?yàn)檫^(guò)去神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算并不流行，而傳統(tǒng)的邏輯計(jì)算并不是光子計(jì)算最擅長(zhǎng)之處。

光子芯片還有一個(gè)極其大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，它可以沿用目前成熟的半導(dǎo)體工藝技術(shù)，而目前仍處于實(shí)驗(yàn)階段的光子芯片僅需要老舊的微米級(jí)工藝，就可達(dá)到大幅超越既有半導(dǎo)體芯片的計(jì)算能力，也因此未來(lái)工藝微縮空間極大，這非常有利于光子AI芯片的規(guī)?；逃?。

各路資本積極進(jìn)入光子AI芯片賽道，百度、谷歌、比爾.蓋茨等

百度先后投資了沈亦晨創(chuàng)辦的Lightelligence公司和曦智科技。2018年Lightelligence獲得1000萬(wàn)美元種子輪融資，由百度風(fēng)投和美國(guó)半導(dǎo)體高管財(cái)團(tuán)領(lǐng)投。

2020年4月，曦智科技宣布完成2600萬(wàn)美元A輪融資，由經(jīng)緯中國(guó)和中金資本旗下中金硅谷基金領(lǐng)投，祥峰投資、中科創(chuàng)星、招商局創(chuàng)投等跟投，百度風(fēng)投和峰瑞資本持續(xù)加碼。

曦智科技研發(fā)的光子人工智能芯片

該公司CEO沈亦晨表示，公司今年開(kāi)發(fā)的與光子芯片配套的新型算法，展現(xiàn)了光子計(jì)算軟硬結(jié)合的更多應(yīng)用場(chǎng)景可能性，吸引了國(guó)內(nèi)外多家知名IT企業(yè)前來(lái)接洽。

比爾.蓋茨投資了Luminous公司，2019年9月，報(bào)道顯示，Luminous從包括比爾.蓋茨和Uber首席執(zhí)行官DaraKhosrowshahi在內(nèi)的知名投資者那里，籌集了900萬(wàn)美元的種子資金。

Google Ventures投資了Lightmatter公司，這家公司2017年在馬薩諸塞州波士頓市成立，從Google Ventures等投資方處融資3300萬(wàn)美元，擁有30項(xiàng)專(zhuān)利。

小結(jié)

用光子芯片代替電子芯片進(jìn)行AI計(jì)算這個(gè)想法提出到現(xiàn)在還只有幾年時(shí)間，整體來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)相當(dāng)新的技術(shù)方向，其中必然還有很多問(wèn)題需要解決。

事實(shí)上經(jīng)過(guò)這幾件的努力，光子AI芯片的可行性已經(jīng)得到市場(chǎng)驗(yàn)證，沈亦晨此前就談到，我們后續(xù)的研究重點(diǎn)是，未來(lái)如何使產(chǎn)品快速落地量產(chǎn)，助推人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

從整個(gè)光子芯片自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，企業(yè)的積極研究，及資本的資金加持下，光子芯片或許會(huì)是AI芯片領(lǐng)域值得可期的新方向。