【儀表網 研發(fā)快訊】近日，中國科學院上海光學精密機械研究所空天激光技術與系統(tǒng)部謝鵬研究員團隊在解決“光芯片上高密度信息并行處理”難題上取得突破，研制出超高并行光計算集成芯片-“流星一號”(如圖1所示)，實現了并行度>100的光計算原型驗證系統(tǒng)。相關研究成果以《具備100波長復用能力的并行光計算》(Parallel Optical Computing Capable of 100-Wavelength Multiplexing)為題，以封面論文形式發(fā)表于《光：快訊》。
 

圖1.超高并行光計算集成芯片-“流星一號”
 

　　光計算作為非馮?諾伊曼結構代表，具有可擴展、低功耗、超高速、寬帶寬、高并行度的天然優(yōu)勢，是后摩爾時代破解高維張量運算、復雜圖像處理等大規(guī)模數據快速計算的關鍵技術，為人工智能、科學計算、多模態(tài)融合感知、超大規(guī)模數據交換等“算力密集+能耗敏感”場景提供硬件加速。過往幾年，學術界和產業(yè)界持續(xù)對光計算芯片的矩陣規(guī)模、光學主頻開展深度探索，以臺積電的光計算芯片矩陣規(guī)模(~512x512)和美國加州理工學院的光計算光學主頻(>100GHz)為典型代表，分別呈現逼近工藝極限和物理極限的趨勢，進一步取得突破難度頗大。因而，有效擴展計算并行度是光計算性能提升的前沿發(fā)展方向，也是光計算邁向實用的必由之路。
 

　　上海光機所研究團隊圍繞光計算技術并行度提升，創(chuàng)新超高并行光計算架構(如圖2所示)，破解光計算芯片的信息高密度信道串擾抑制、低時延光信號高精度同步和跨尺度高密度器件集成等核心挑戰(zhàn)，在融合了多波長光源、高速光交互、可重構光計算、高精度光矩陣驅動和并行光電混合計算算法的基礎上,成功研發(fā)了全新片上并行光計算集成芯片系統(tǒng)。該系統(tǒng)核心光芯片全部自主研制，包含了自主研制的集成微腔光頻梳(頻率間隔~50GHz，輸出光譜范圍>80nm，可支撐波長復用計算通道數>200)，作為芯片級多波長光源子系統(tǒng)；自主研制的大帶寬、低時延、可重構光計算芯片(通光帶寬>40nm)，作為高性能并行計算核心；自主研制的高精度、大規(guī)模、可擴展的驅動板卡，作為光學矩陣驅動子系統(tǒng)(通道數>256)；基于該光子集成芯片系統(tǒng)，首次驗證了并行度>100的片上光信息交互與計算原型；在50GHz光學主頻下，單芯片理論峰值算力>2560TOPS ，功耗比>3.2TOPS/W。
 

　　此研究進展為突破光計算的計算密度瓶頸，提升光計算性能開辟了新途徑，為發(fā)展低功耗、低時延、大算力、高速率的超級光子計算機帶來了可能性。
 

圖2.超高并行光計算架構
 

圖3.“流星一號”超高并行光計算集成芯片 (實物圖)