2021年12月15日,全球领先的光子计算芯片公司曦智科技(Lightelligence)发布了其最新高性能光子计算处理器——PACE(Photonic Arithmetic Computing Engine,光子计算引擎)——单个光子芯片中集成超过10,000个光子器件,运行1GHz系统时钟,运行特定循环神经网络速度可达目前高端GPU的数百倍。PACE成功验证了光子计算的优越性,是曦智科技在集成电路产业的又一重大突破。

曦智科技发布最新光子计算处理器——PACE

AI、5G、物联网等新兴领域的蓬勃发展带动了全球数据的爆炸式增长,对算力的需求增速远高于摩尔定律所预测的算力供给增速,传统的电子芯片只能通过增大面积与功耗来完成更多的计算,已逐渐无法满足日益增长的数据处理与节能要求。用光代替电解决部分计算成为了突破现有瓶颈的有效途径,光子芯片凭借高通量、低延时、低功耗等特点,或将拥有更广阔的市场发展空间。

基于光执行矩阵向量乘法时延极低的基本原理,曦智科技发布的最新光子计算处理器PACE通过重复矩阵乘法和巧妙利用受控噪声组成的紧密回环来实现低延迟,从而生成了伊辛问题(Ising)和最大割/最小割问题(Max-cut/Min-cut)的高质量解决方案。

PACE包含64x64的光学矩阵,核心部分由一块集成硅光芯片和一块CMOS微电子芯片以3D封装形式堆叠而成。对于每个光学矩阵乘法,输入向量值首先从片上存储中提取,由数模转换器转换为模拟值,通过电子芯片和光子芯片之间的微凸点应用于相应的光调制器,形成输入光矢量。接着,输入光矢量通过光矩阵传播,产生输出光矢量,并达到一组光电探测器阵列,从而将光强转换为电流信号。最后,电信号通过微凸点返回到电子芯片,通过跨阻放大器和模数转换器返回数字域。测试显示,PACE的运算速度可达目前高端GPU的数百倍。

曦智科技创始人兼首席执行官沈亦晨博士表示:“PACE的发布具有里程碑式的意义:它成功验证了光子计算的优越性,为集成电路产业提供了新的发展路径。此外,它还充分展示了光子芯片与传统电子芯片无缝协同的运作方式,而这一切要归功于曦智科技光电封装团队的3D封装创新。”

曦智科技工程副总裁Maurice Steinman 表示:“PACE已经成功验证了我们产品路线中的光计算技术模块。而另一重要模块则是光互连。我们的光互连技术可用于多种传输介质,包括光缆,以及芯片、中介层和晶圆层面集成的波导,并提供高通量、低时延和高能效的数据传输和互联。光互连和光计算的成功结合将为面向加速器、服务器和数据中心需求的高性能产品奠定坚实的基础。

2017年,沈亦晨博士以第一作者身份在《自然–光子》期刊发表封面论文,首次将集成光子计算的新起点展示在世人面前。他同年就将科研成果带向市场,成立曦智科技,致力于将光子学的前沿技术转化为可落地的计算芯片解决方案,在指数级提升算力的同时,突破传统电芯片在能耗和发热方面的瓶颈。2019年,曦智科技发布了全球首款光子芯片原型板卡,成功将当时占据半个实验室的整个光子计算系统集成到了常规大小的板卡上,验证了以光子替代电子进行高性能计算的开创性想法。作为光子计算的世界级创领者,曦智科技目前在全球拥有近200名全职员工,研发人员比例超过80%,累计融资超过十亿人民币。

沈亦晨博士说道:“未来,曦智科技将通过一个高集成、低功耗、不受摩尔定律限制的平台进一步为数据中心、云计算、金融和自动驾驶等领域提供前所未有的算力,让世界因‘光’而不同。”