2023年，非比寻常，可谓是奠定了“跨时代”的意义。尤其是openAI的ChatGPT横空出世，促进人类正式迈入了“人工智能时代”。
　　过去的人工智能就好比孩童，但仅仅经过几个月的演变，如今的AI已经具备自主学习能力。未来的人工智能，经过聚焦大规模的运算、高强度的训练，将逐步替代人类完成高难度、复杂的工作。
　　AI作为未来产业，哪个国家能够率先取得突破，势必能够在未来的科技竞争中占据主动权。为了解决高端芯片问题，中国科学院开启了全速研发，日前正式官宣取得重大突破，成功突破了“光计算”技术的壁垒。后续将推出Envise芯片，算力要比英伟达的A100芯片快1.5到10倍，AI领域又要开始颠覆了？
　　■中科院光计算取得重大成果
　　5月31日，中国科学院发布消息称，中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室微波光电子课题组李明研究员—祝宁华院士团队研制出一款超高集成度光学卷积处理器。相关研究成果发表在《自然-通讯》上。
　　这款超高集成度的光学卷积处理器，利用光波作为载体进行信息处理。光波具有传播迅速、能耗低等优点，利用它进行AI计算，可以实现大带宽、低延时、低功耗等优点，提供了一种强大的“传输即计算，结构即功能”的计算架构，有望避免冯·诺依曼计算范式中存在的数据潮汐传输问题。
　　研究者表示，光学卷积处理单元通过两个4×4多模干涉耦合器和四个移相器，构造了三个2×2相关的实值卷积核。与其它光计算方案相比，该方案具有高算力密度、超高的线性扩展性。
　　基于这种技术，光芯片性能再次提升；同时基于这种技术，光计算芯片用于AI，可能很快就会变成现实，而一旦这种技术应用于AI领域，能实现对现有AI芯片的颠覆，其速度可能不只是快1.5倍-10倍，可能会更快。当然，目前这技术还没有大规模量产，但考虑到它不需要光刻机，想必量产也不会特别难，所以这真的是一个大突破，必然具有广阔的应用前景。
 　 ■中科院的技术突破
　　在5月17日举行的第五届中国硅光产业论坛上，国家信息光电子创新中心总经理肖希表示，硅光芯片不仅要加强在光传输、光互联上的应用，还要在光交换、光感知、光加密、光计算上发力，开发面向6G时代的下一代硅光技术。
　　而在半导体领域的发展上，目前中国可谓是负面受敌，一方面美国的芯片规则还未解除，高通、英伟达等美企的高端产品，在出货中国市场上并没有得到解禁；另一方面，在自主芯片研发上，也受困于美日荷三方协议，给中国人工智能产业发展带来一定困境。AI时代到来之后，美国的英伟达GPU产品呈现一家独大趋势，2022年推出的A100、H100芯片是目前AI学习的主力军。训练AI大模型每秒万亿次的运算，普通芯片根本就难以承受，好在中科院早已意识到了这一点，很早就开启了光计算技术的研发。
　　中科院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室微波光电子课题组李明研究员和祝宁华院士团队，联合对超导量子计算体系和光量子计算体系进行了全面系统的优化，成功实现超导量子和光量子计算的跨越式发展，使我国成为全球少数具有光量子计算设备研制能力的国家之一，在超低损耗光量子芯片、高效量子光源、超导量子计算模块化设计、基于量子力学模拟的量子算法等方面，研究团队取得了多项原创性成果。
　　简单来讲，光计算机是由光代替电子或电流，实现高速处理大容量信息的计算机。其基础部件是空间光调制器，并采用光内连技术，在运算部分与存储部分之间进行光连接，运算部分可直接对存储部分进行并行存取。
　　光计算机突破了传统的用总线将运算器、存储器、输入和输出设备相连接的体系结构，运算速度极高、耗电极低，目前尚处于研制阶段，后续将应用于各个领域的AI训练与学习，此次突破的超高集成度光学卷积处理器就是核心的部分。
　　在中科院发表研究成果之后，中信建投对该项技术进行了全方位评估，并且给出了肯定答案，在新型硅光计算芯片推出后，在性能比拼中远超目前的AI算力芯片。据Lightmatter公司提供的数据，后续成熟的Envise芯片，在算力上要快1.5-10倍于英伟达的A100芯片。
　　■中国芯片要逆袭了？
　　光计算已经被证实了可用于AI的训练。目前，在世界AI芯片领域，特别是ChatGPT的火爆，让英伟达成为全球第一的芯片企业。根据英伟达透漏，AI大模型开发和训练一次的成本高达千万美元，而光计算芯片恰巧可以弥补这一点，高效运行且低能耗，能够有效降低整体的成本，让更多企业参与到产业布局当中。
　　中科院的光计算技术和英伟达的AI芯片，完全是两种概念。采用中科院的光计算技术研发的新型硅光芯片，可以提供强大的AI算力，研发的Envise芯片的运行速度比NVIDIA的高端芯片A100快1.5倍到10倍。如此一来，国产芯片将打破美国试图用高端GPU芯片阻碍中国AI技术发展的图谋。
　　虽然英伟达的A100和H100的算力已经足够强大了，但设想一下，中科院光计算技术赋能的光芯片在性能上提升10倍，可想而知算力将会达到一种什么样的状态，那是一种多么美妙的景象。
　　所以，可以肯定地说，未来世界AI芯片产业肯定会有中国的一席之地。正如比尔·盖茨所说“：美国无法阻止中国拥有高性能芯片！”如今，这个预言正逐步被验证。
　　中国在光芯片方面的快速进展，在于中国基础技术研发扎实。据悉，2022年中国就已筹建全球第一条光子芯片生产线，在光子芯片方面的技术积累，让国内的芯片研发机构得以率先研发成功硅光芯片并应用于AI计算领域。
　　业界普遍认为，光芯片将挑战甚至颠覆现在的AI芯片。中科院另辟蹊径，研发先进的硅光芯片，并将应用于AI芯片，为中国的AI芯片打开了局面。
　　我们相信，中科院取得的光计算技术突破，将激励中国芯片行业加快技术研发，在更多技术方面实现破局！
　 

（西安热工研究院 王嘉兴）