目前，市場上最先進(jìn)的AI芯片之一是美國Nvidia公司的A100，它可以達(dá)到312 TFLOPS（萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算）的計(jì)算速度，但是也需要消耗250瓦的電力。

那么，有沒有可能開發(fā)出一種更快更節(jié)能的AI芯片呢？答案是肯定的！

近日，清華大學(xué)自動(dòng)化系和電子工程系的研究團(tuán)隊(duì)，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表了一篇論文，介紹了他們研發(fā)出的一種全新的光子芯片——ACCEL（全模擬電子光子結(jié)合芯片）。這種芯片利用光子（光的基本粒子）進(jìn)行計(jì)算，而不是電子，從而大幅提高了計(jì)算速度和能效。

ACCEL芯片在實(shí)驗(yàn)室測試中表現(xiàn)出驚人的性能，達(dá)到了4.6 PFLOPS（千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算）的計(jì)算速度，這是Nvidia A100的3000倍！而且，ACCEL芯片只消耗了0.06毫瓦的電力，比A100節(jié)能400萬倍！這樣的性能簡直令人震驚！

那么，ACCEL芯片是如何實(shí)現(xiàn)這樣的突破呢？其實(shí)，光子芯片并不是一個(gè)新鮮的概念，早在上個(gè)世紀(jì)就有人提出過。

但是，由于控制光子非常困難，以往的光子芯片都需要依賴電流進(jìn)行計(jì)算。而ACCEL芯片則采用了一種全新的設(shè)計(jì)思路，將光子與電子結(jié)合起來，形成了一個(gè)全模擬計(jì)算架構(gòu)。

具體來說，ACCEL芯片由兩部分組成：一個(gè)電子部分和一個(gè)光子部分。電子部分負(fù)責(zé)接收輸入數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；光子部分負(fù)責(zé)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，并將結(jié)果輸出。這樣，就避免了在光電轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的延遲和損耗。

ACCEL芯片還有一個(gè)特點(diǎn)就是它使用了一種非常成熟和經(jīng)濟(jì)的晶體管制造工藝——0.18微米CMOS工藝。這種工藝已經(jīng)有20多年的歷史，但是卻能夠制造出如此高性能的芯片。

這說明了中國在半導(dǎo)體領(lǐng)域已經(jīng)具備了相當(dāng)強(qiáng)大的基礎(chǔ)能力。當(dāng)然，如果使用更先進(jìn)的制造工藝或者更精密的光刻技術(shù)，ACCEL芯片還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

不過，ACCEL芯片也并不是完美無缺的。由于它采用了全模擬計(jì)算架構(gòu)，它只能夠處理一些特定的問題，比如高分辨率的圖像識(shí)別、低光照的計(jì)算、交通識(shí)別等。

它不能夠運(yùn)行各種程序或者壓縮文件，也不能夠進(jìn)行精確的數(shù)值計(jì)算。因此，ACCEL芯片目前還不適合用于電腦或者手機(jī)等設(shè)備，但是卻非常適合用于可穿戴設(shè)備、電動(dòng)汽車、智能工廠等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域都是AI大規(guī)模應(yīng)用的重要方向。