電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）光電混合計(jì)算卡，作為融合光學(xué)與電子學(xué)技術(shù)的高性能計(jì)算設(shè)備，借助光信號(hào)與電信號(hào)的協(xié)同處理，打破了傳統(tǒng)電子芯片的物理限制，為人工智能、科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域開創(chuàng)了全新的算力模式。

近日，曦智科技正式推出全新光電混合計(jì)算卡 “曦智天樞”。曦智科技創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官沈亦晨博士在發(fā)布會(huì)上表示：“曦智天樞首次成功將光電混合計(jì)算應(yīng)用于復(fù)雜的商業(yè)化模型，這是曦智科技在光電混合算力技術(shù)產(chǎn)品化與商業(yè)化進(jìn)程中的重大突破。我們堅(jiān)信，光電混合技術(shù)將為人工智能、大語(yǔ)言模型、智能制造等領(lǐng)域帶來(lái)算力革新。”?

曦智科技創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官沈亦晨博士

光子計(jì)算效率和能力的全面進(jìn)化?

當(dāng)前，全球光芯片行業(yè)展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α９?a target="_blank">通信行業(yè)研究機(jī)構(gòu) LightCounting 在一份報(bào)告中分析稱，光通信芯片組市場(chǎng)預(yù)計(jì)在 2025 年至 2030 年間將以 17% 的年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，總銷售額將從 2024 年的約 35 億美元增長(zhǎng)至 2030 年的超 110 億美元。

然而，現(xiàn)階段光芯片市場(chǎng)主要集中于光通信應(yīng)用，光電融合計(jì)算芯片和算力卡應(yīng)用大多仍處于探索階段，此前尚未在復(fù)雜商業(yè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)落地。隨著摩爾定律發(fā)展速度放緩，光電融合計(jì)算受到的關(guān)注度顯著提高，政策、資本和企業(yè)紛紛發(fā)力，加快光電混合計(jì)算的落地進(jìn)程。

曦智天樞是一款深度融合光芯片與電芯片優(yōu)勢(shì)，并采用 3D 先進(jìn)封裝技術(shù)的可編程光電混合計(jì)算卡。與前代產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品在光電集成度、光子矩陣規(guī)模、精度、可編程性等方面實(shí)現(xiàn)了顯著的性能提升。

曦智天樞的核心由 128x128 光學(xué)矩陣乘法器的光學(xué)處理單元和電學(xué)專用集成電路構(gòu)成。與上一代光子計(jì)算處理器相比，天樞的光子芯片面積、光學(xué)矩陣規(guī)模均是此前的4 倍，器件尺寸進(jìn)一步縮小，器件集成數(shù)也從16000多個(gè)提升到4萬(wàn)余個(gè)。相較于曦智科技 2021 年發(fā)布的光子計(jì)算處理器 PACE，天樞在光計(jì)算精度上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，通過(guò)優(yōu)化向量調(diào)制器設(shè)計(jì)，輸出精度提升至 8bit，使其能夠廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、圖像處理、人工智能等對(duì)精度要求較高的領(lǐng)域。

光電混合計(jì)算卡的關(guān)鍵在于光學(xué)處理單元（OPU）與電學(xué)專用集成電路（ASIC）的深度協(xié)作。曦智科技聯(lián)合創(chuàng)始人、首席技術(shù)官孟懷宇博士表示，與上一代產(chǎn)品相比，天樞在處理器方面進(jìn)行了升級(jí)，采用了 OPU+ASIC 光電混合處理器。光子芯片的性能提升與光子矩陣規(guī)模、主頻速率和波長(zhǎng)數(shù)量等參數(shù)相關(guān)，而不依賴于晶體管密度及芯片制程的提升。同時(shí)，為使產(chǎn)業(yè)界對(duì)光電混合計(jì)算芯片有更統(tǒng)一、客觀的認(rèn)識(shí)，孟懷宇博士首次對(duì)外提出了等效光算力（EOPP：Effective Optical Processing Power）標(biāo)準(zhǔn)。這是一種綜合考慮矩陣規(guī)模、輸出精度、權(quán)重刷新速度等因素的算力評(píng)價(jià)方法，相較于當(dāng)前主流的電芯片指標(biāo)計(jì)算方法，更符合光計(jì)算的原理和特點(diǎn)。

曦智科技聯(lián)合創(chuàng)始人、首席技術(shù)官孟懷宇博士

按照孟懷宇博士的闡述，等效光算力（EOPP） = 峰值算力 (TOPs) × 2^輸出精度× 權(quán)重刷新（GHz）。

天樞采用 Flip-chip + TSV 先進(jìn)封裝工藝。其中，TSV 能夠大幅縮短電流路徑，降低傳輸延時(shí)；TSV 也能減少電阻和電感，進(jìn)而降低電壓，提升散熱能力，確保電源更穩(wěn)定、高效地供應(yīng)到芯片的各個(gè)部分，提高了光電芯片的互連密度，節(jié)省了芯片面積。Flip-chip 極大地提高了光電芯片間的互連密度，縮短了互連線長(zhǎng)度，從而降低了信號(hào)延遲并提升了數(shù)據(jù)傳輸速度。

同時(shí)，天樞提供豐富的軟件支持：?
·算子庫(kù)包含 RVV（RiscV Vector）算子、電矩陣（dMAC）加速算子、光矩陣（oMAC）加速算子，以及非AI算子，支持 CV 類和 LLM 類模型；?
·軟件棧與主流框架如 Pytorch 和 ONNX 深度集成，用戶可通過(guò)軟件棧直接利用天樞的光矩陣和電矩陣加速單元對(duì)模型和算法進(jìn)行加速與驗(yàn)證；?
·提供曦智光模擬器，為用戶提供便捷的光計(jì)算單元構(gòu)建與仿真模擬功能，在模擬器上開發(fā)算力能夠獲得真實(shí)的精度。

讓光電混合回歸理性發(fā)展軌道?

在曦智天樞發(fā)布之前，光電混合計(jì)算行業(yè)的發(fā)展不夠務(wù)實(shí)。正如沈亦晨博士所說(shuō)，天樞的發(fā)布證明了光電混合計(jì)算是一條可實(shí)現(xiàn)商業(yè)落地的賽道，且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)落地。目前，天樞在各項(xiàng)指標(biāo)、集成器件數(shù)量、算力以及整體帶寬方面，已能夠運(yùn)行商業(yè)化應(yīng)用。

然而，此前光電混合計(jì)算行業(yè)的主要關(guān)注點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)比電計(jì)算快千倍、萬(wàn)倍的峰值計(jì)算，但這種計(jì)算提升忽略了落地應(yīng)用中極為重要的算力精度，以及光子矩陣計(jì)算落地所需的可編程性。而天樞在實(shí)現(xiàn)數(shù)倍計(jì)算性能提升的同時(shí)，兼顧了這兩方面。

曦智科技首席運(yùn)營(yíng)官王瀧表示：“天樞的誕生，是曦智科技硅光、數(shù)字、模擬、封裝、系統(tǒng)、軟件等團(tuán)隊(duì)協(xié)同努力的成果。我們期待更多開發(fā)者和生態(tài)伙伴，借助天樞與我們一同探索光電混合算力更廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，共同朝著光電混合算力商業(yè)化的方向邁進(jìn)。”?

結(jié)語(yǔ)?

曦智科技天樞光電混合計(jì)算卡的問(wèn)世，標(biāo)志著光電融合技術(shù)正式從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。這一突破不僅驗(yàn)證了光子計(jì)算在復(fù)雜模型中的工程可行性，更憑借 8bit 精度、等效光算力標(biāo)準(zhǔn)和 3D 封裝技術(shù)，重塑了行業(yè)對(duì)光計(jì)算的認(rèn)知框架，開創(chuàng)了光電混合計(jì)算領(lǐng)域的全新范式。?