3月27日，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)在2025中關(guān)村論壇年會(huì)開幕式上發(fā)布了2024年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”。清華大學(xué)作為主要完成單位的“實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光計(jì)算芯片的智能推理與訓(xùn)練”成果入選。

智能光計(jì)算作為近年來新興的計(jì)算模態(tài)，具備高速、低功耗等特性，在后摩爾時(shí)代展現(xiàn)出有望超越硅基電子計(jì)算的潛力，解決人工智能領(lǐng)域的算力與功耗難題。然而，其計(jì)算任務(wù)往往局限于簡單的字符分類、圖像處理等，究其原因，痛點(diǎn)是光的計(jì)算優(yōu)勢(shì)被困在了不適合的電架構(gòu)中，計(jì)算規(guī)模受限，無法支撐復(fù)雜大規(guī)模智能計(jì)算。

針對(duì)這一難題，電子工程系教授方璐課題組、自動(dòng)化系教授戴瓊海課題組，在北京信息科學(xué)與技術(shù)國研中心光電交叉群體承擔(dān)的國家2030重大項(xiàng)目支持下，構(gòu)建了智能光計(jì)算的通用傳播模型，摒棄了傳統(tǒng)電子深度計(jì)算范式，另辟蹊徑，首創(chuàng)了分布式廣度光計(jì)算架構(gòu)，研制了國際首款大規(guī)模通用智能光計(jì)算芯片“太極-I”，它首次將光計(jì)算從原理驗(yàn)證推向了大規(guī)模實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，以每焦耳160萬億次運(yùn)算的系統(tǒng)級(jí)能效，為大規(guī)模復(fù)雜任務(wù)的“推理”帶來了曙光。該研究成果于2024年4月發(fā)表于《科學(xué)》（Science）期刊。

相較于模型推理，模型訓(xùn)練更需要大規(guī)模算力。針對(duì)大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練難題，方璐、戴瓊海團(tuán)隊(duì)又提出了全前向智能光計(jì)算訓(xùn)練架構(gòu)，研制了通用光訓(xùn)練芯片“太極-II”，支撐智能系統(tǒng)的高效精準(zhǔn)光訓(xùn)練。

“太極-II”突破了計(jì)算精度與效率的矛盾，實(shí)現(xiàn)了多種不同光學(xué)系統(tǒng)的原位光訓(xùn)練。在大規(guī)模學(xué)習(xí)領(lǐng)域，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練速度提升了1個(gè)數(shù)量級(jí)，代表性智能任務(wù)的準(zhǔn)確率提升40%；在復(fù)雜場(chǎng)景智能成像領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了千赫茲幀率的抗散射與非視域成像，效率提升2個(gè)數(shù)量級(jí)；在拓?fù)涔庾訉W(xué)領(lǐng)域，在不依賴模型先驗(yàn)下可自動(dòng)搜索非厄米奇異點(diǎn)，為高效精準(zhǔn)解析復(fù)雜拓?fù)湎到y(tǒng)提供了新思路。該研究成果于2024年8月在線發(fā)表于《自然》（Nature）期刊。

“太極”系列智能光計(jì)算芯片

“太極-I”和“太極-II”分別實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模智能光計(jì)算推理與訓(xùn)練，構(gòu)成了智能計(jì)算的完整生命周期。在原理樣片的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)正積極地向智能光芯片產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)，在多種智能系統(tǒng)上進(jìn)行應(yīng)用部署?？梢灶A(yù)見，智能光計(jì)算平臺(tái)將逐步登上AI算力舞臺(tái)，破除人工智能算力困局，以更低的資源消耗和更小的邊際成本，為人工智能大模型、通用人工智能、復(fù)雜智能系統(tǒng)的高速高能效計(jì)算開辟新路徑。

“中國科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動(dòng)自2005年啟動(dòng)以來已舉辦20屆。今年的活動(dòng)由近140位相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者從700多項(xiàng)基礎(chǔ)研究成果中遴選出31項(xiàng)成果，邀請(qǐng)包括440余位兩院院士在內(nèi)的2700余位專家學(xué)者對(duì)這31項(xiàng)成果進(jìn)行實(shí)名投票，評(píng)選出10項(xiàng)重大科學(xué)研究成果，經(jīng)國家自然科學(xué)基金委員會(huì)咨詢委員會(huì)審議，最終確定入選名單。本次發(fā)布的“中國科學(xué)十大進(jìn)展”主要分布在數(shù)理天文信息、化學(xué)材料能源、地球環(huán)境和生命醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域。