据《科技日报》报道：

近日，清华大学自动化系戴琼海院士、吴嘉敏助理教授与电子工程系方璐副教授、乔飞副研究员联合攻关，取得芯片领域关键成果。他们研发的ACCEL光电计算芯片，在多项复杂智能视觉任务中，达到现有高性能芯片相同准确率的同时，国际首次实测算力提升三千余倍，能效提升四百万余倍，为超高性能芯片研发开辟全新路径。相关成果发表在《自然》杂志上。

光电计算芯片ACCEL的计算原理和芯片架构。图片来源：《自然》杂志

经多年探索，清华大学团队创造性地提出纯模拟电融合光芯片的架构，制成光电计算芯片。利用光计算性能优势，突破了数据转换速度、精度与功耗相互制约的物理瓶颈，在一枚芯片上解决了大规模集成、高效非线性、高速光电接口三个难点。

ACCEL光电计算芯片不仅成功完成了交通场景判别、高分辨率图像识别、弱光计算等实际场景中的智能视觉任务，且耗时和功耗不到目前高性能芯片的千分之一。同时，基于研发出的自适应训练算法，该芯片仅采用百纳米级工艺精度，就可取得比先进制程芯片多个数量级的性能提升，实现性能的飞跃。

来源：科技日报。

小知识：

光电计算芯片是将光学和电子学相结合的一种芯片架构，它利用光学器件和电子器件实现光信号的传输和处理。它的设计目标是在同一个芯片上实现光信号的输入、输出和计算处理，以提高计算速度和能效。

光电计算芯片的架构主要包括以下几个方面：

1. 光电转换器：光电计算芯片中的光电转换器用于将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号。光电转换器可以包括光电二极管、光电晶体管等光电器件，用于将光信号转换为电压或电流信号，或者将电信号转换为光信号。

2. 光学器件：光学器件用于控制和调制光信号。例如，光调制器可以通过调制光信号的相位、幅度或频率来实现光信号的调制。光学器件还可以包括光波导、光栅、光滤波器等，用于引导和处理光信号。

3. 电子器件：电子器件用于处理和计算光电信号。它可以包括传统的电子计算器件，如逻辑门、寄存器、存储器等，用于实现光电信号的处理和计算。电子器件还可以包括光电晶体管、光电二极管等，用于接收和放大光电信号。

4. 互联结构：光电计算芯片中的光学和电子部分需要进行有效的互联。互联结构可以包括光纤、波导、电路等，用于将光信号和电信号引导到正确的位置进行处理和计算。

光电计算芯片的制造过程涉及光学器件和电子器件的集成和制备。光学器件通常使用光刻、薄膜沉积等工艺制备在芯片上，而电子器件则使用传统的半导体制造工艺制备。

光电计算芯片的优势在于光信号的高速传输和处理能力，光信号的传输速度远高于电信号。因此，光电计算芯片可以在高速计算和通信应用中发挥重要作用，例如数据中心、通信网络等领域。

光电计算芯片是一种将光学和电子学结合起来的芯片架构，通过光电转换器、光学器件、电子器件和互联结构实现光信号的输入、输出和计算处理。它的制造过程涉及光学和电子器件的集成和制备。光电计算芯片具有高速传输和处理光信号的优势，在高速计算和通信应用中具有广泛的应用前景。

那么，光电计算芯片为什么能做到耗时和功耗大幅度降低？

原因主要有以下几点：

1. 光信号的高速传输：光信号的传输速度远高于电信号，光速约为30万公里/秒，而电信号的传输速度约为光速的三分之一。因此，光电计算芯片利用光信号进行传输可以大大提高数据传输速度，从而减少计算和通信过程中的耗时。

2. 光信号的并行处理能力：光信号具有并行传输的特点，可以同时传输多个信号。相比之下，电信号需要通过串行方式逐个传输，处理速度较慢。光电计算芯片利用光信号的并行处理能力，可以同时处理多个数据，从而大幅度降低计算耗时。

3. 光信号的低能耗特性：相比于电信号的传输，光信号的传输过程中能量损耗较小。光信号在光波导中传输时，几乎没有电阻、电感和电容等元件的损耗，能量损耗非常小。因此，光电计算芯片利用光信号进行传输可以降低功耗，提高能效。反观新闻里面说的：“算力提升三千余倍，能效提升四百万余倍”，可见电信号的能耗损失得有多么巨大。

4. 光电器件的能效优势：光电计算芯片中使用的光电器件具有较高的能效。例如，光电二极管和光电晶体管等光电器件具有较低的功耗和高的响应速度。这些光电器件能够高效地将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号，从而实现低功耗的光电转换过程。

纯模拟电融合光芯片的历史情况：

在历史上，确实有一些成果案例。

一个著名的案例是全光计算机的研究。全光计算机是指利用光信号进行计算和处理的计算机系统。在1990年代，研究人员提出了全光计算机的概念，并进行了一系列的研究工作。其中，一些研究团队成功地实现了基于光学的逻辑门、光学存储器和光学处理单元等关键组件，从而实现了全光计算机的部分功能。

另一个案例是光电混合集成电路的研究。光电混合集成电路是指在同一芯片上集成光学和电子器件，实现光信号和电信号的转换和处理。在近年来，研究人员在光电混合集成电路领域取得了一些重要的进展。例如，一些研究团队成功地实现了光电转换器、光电二极管和光电晶体管等光电器件的集成，从而实现了光信号和电信号的高效转换和处理。

需要注意的是，纯模拟电融合光芯片的研究和应用仍处于起步阶段，目前还没有实现完全商业化的产品。然而，随着光学和电子学技术的不断发展，纯模拟电融合光芯片有望在未来实现更多的突破和应用。

纯模拟电融合光芯片具有普适性没？能推广到密集型数据存储、密集型数据计算领域不？

纯模拟电融合光芯片具有一定的普适性，并且有潜力在密集型数据存储和计算领域推广应用。

在密集型数据存储领域，纯模拟电融合光芯片可以利用光信号的高速传输和并行处理能力，实现高速的数据传输和存储。光信号的高速传输可以大幅度提高数据传输的速度和带宽，从而满足大规模数据存储的需求。同时，纯模拟电融合光芯片还可以利用光学存储器等光学组件，实现高密度的数据存储，提高存储容量。

在密集型数据计算领域，纯模拟电融合光芯片可以利用光信号的并行处理能力，实现高效的数据计算。光信号的并行处理能力可以同时处理多个数据，从而大幅度提高计算速度和吞吐量。此外，纯模拟电融合光芯片还可以利用光学逻辑门等光学组件，实现高效的数据处理和计算。

然而，需要注意的是，纯模拟电融合光芯片在推广到密集型数据存储和计算领域时还面临一些挑战。例如，光学组件的制造和集成技术仍需要进一步发展，以实现高性能和大规模的纯模拟电融合光芯片。此外，纯模拟电融合光芯片的成本和能耗也需要进一步降低，以提高其在实际应用中的竞争力。

总的来说，纯模拟电融合光芯片具有一定的普适性，并且有潜力在密集型数据存储和计算领域推广应用。随着相关技术的不断发展和突破，纯模拟电融合光芯片有望在未来实现更广泛的应用。

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