曦智科技時(shí)隔八年再登《Nature》，光電混合計(jì)算架構(gòu)首次公開

英國倫敦時(shí)間4月9日，全球頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）刊載了曦智科技的光電混合計(jì)算成果：《超低延遲大規(guī)模集成光子加速器》（An integrated large-scale photonic accelerator with ultralow latency）。這是自八年前曦智科技創(chuàng)始人沈亦晨博士于《自然·光子學(xué)》雜志發(fā)表封面文章《由納米光學(xué)回路實(shí)現(xiàn)的深度學(xué)習(xí)》（Deep learning with coherent nanophotonic circuits）以來，曦智科技再次登上全球頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊。同時(shí)，也是繼3月25日其最新光電混合計(jì)算卡曦智天樞發(fā)布后，曦智科技在光電混合計(jì)算領(lǐng)域的又一重要成果。

《Nature》刊登曦智科技光電混合計(jì)算成果

此次登上《Nature》是業(yè)界對于曦智科技成功研發(fā)出高度集成的光子計(jì)算處理器PACE（Photonic Arithmetic Computing Engine）的再一次肯定。沈亦晨博士表示：“PACE是我們在2021年發(fā)布的產(chǎn)品。我們選擇在《Nature》這樣的頂級(jí)期刊上公開發(fā)布它的產(chǎn)品細(xì)節(jié)，是為了開放我們的技術(shù)路線，讓更多人參與到這個(gè)行業(yè)中來，加速光電混合生態(tài)的產(chǎn)業(yè)落地?！?/p>

近年來隨著硅光子、納米光學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，光子計(jì)算的熱度在全球范圍內(nèi)不斷提升，但大多數(shù)科研成果仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。此次曦智科技的產(chǎn)品化成果被《Nature》收錄，首要原因在于其展示了一款由商業(yè)產(chǎn)線生產(chǎn)的大規(guī)模光電集成計(jì)算卡，并提供了全部實(shí)測數(shù)據(jù)，證實(shí)了其在計(jì)算延遲方面的顯著優(yōu)勢。

審稿人對曦智科技團(tuán)隊(duì)在光子計(jì)算工程化方面作出的努力給予了高度肯定：“在光子計(jì)算領(lǐng)域，通常會(huì)通過小規(guī)模的演示對大規(guī)模系統(tǒng)性能進(jìn)行樂觀推斷，但本文中的數(shù)據(jù)均來自整個(gè)PACE計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)測性能，作者們工程化地實(shí)現(xiàn)了一個(gè)超大規(guī)模光子矩陣計(jì)算系統(tǒng)，可謂‘壯舉’”。

PACE基于光執(zhí)行矩陣向量乘法時(shí)延遲極低的基本原理，通過重復(fù)矩陣乘法和巧妙利用受控噪聲組成的緊密回環(huán)來實(shí)現(xiàn)低延遲，從而生成伊辛問題（Ising）和最大割/最小割問題（Max-cut/Min-cut）這類組合優(yōu)化問題的高質(zhì)量解決方案。

PACE光電混合系統(tǒng)

此外，在論文中，曦智科技還首次對外公開了其光電混合計(jì)算的具體架構(gòu)。在多年來產(chǎn)品化推進(jìn)的過程中，曦智科技的研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，基于非相干架構(gòu)的光子矩陣因其在精度控制、矩陣調(diào)節(jié)靈活度和抗噪聲能力方面的優(yōu)勢，更有利于商業(yè)化落地。曦智科技首席運(yùn)營官王瀧表示：“PACE是曦智科技三大核心技術(shù)之一，光子矩陣計(jì)算（oMAC）的代表性成果。PACE問世之后，曦智團(tuán)隊(duì)在提升光電混合系統(tǒng)靈活性和光電芯片的高效協(xié)同等方面持續(xù)發(fā)力，不斷開拓更廣泛的應(yīng)用場景?！?/p>

PACE系統(tǒng)架構(gòu)圖

2017年，沈亦晨博士在《自然·光子學(xué)》發(fā)表封面論文《由納米光學(xué)回路實(shí)現(xiàn)的深度學(xué)習(xí)》，首次提出了基于相干納米光子電路進(jìn)行深度學(xué)習(xí)計(jì)算的方法，被業(yè)界認(rèn)為是集成光子領(lǐng)域的開創(chuàng)性進(jìn)展。同年，沈亦晨博士創(chuàng)立曦智科技，致力于將光子計(jì)算產(chǎn)品化、商業(yè)化。

2019年，曦智科技發(fā)布首款光子計(jì)算原型板卡，成功運(yùn)行了Google TensorFlow自帶的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來處理MNIST數(shù)據(jù)集，驗(yàn)證了光子計(jì)算的可行性。此后，曦智科技團(tuán)隊(duì)持續(xù)在擴(kuò)大矩陣規(guī)模、提高光子芯片集成度等方面不斷探索，并逐步增強(qiáng)電子芯片設(shè)計(jì)、封裝、軟件、系統(tǒng)等工程能力。

2021年P(guān)ACE的問世，代表著光電混合計(jì)算從概念驗(yàn)證到產(chǎn)品化落地的巨大跨越。2025年3月，曦智天樞計(jì)算卡發(fā)布，不僅在光子矩陣規(guī)模方面達(dá)到此前的4倍，擴(kuò)大至了128x128，同時(shí)也在工程落地方面解決了多項(xiàng)關(guān)鍵性問題，如3D TSV先進(jìn)封裝在光電混合芯片上的首次成功實(shí)現(xiàn)；將光源小型化內(nèi)置集成到板卡上，從而使得天樞成為一款標(biāo)準(zhǔn)的全高全長PCIe卡，可直接插入現(xiàn)有服務(wù)器硬件。更為重要的是，天樞首次實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜商業(yè)模型中的應(yīng)用，并在特定算法中體現(xiàn)出了優(yōu)于商用GPU的延遲優(yōu)勢，讓人們看到光電混合計(jì)算的商業(yè)化已將到來。

曦智科技聯(lián)合創(chuàng)始人、首席技術(shù)官孟懷宇博士表示：“我們一直堅(jiān)信光電混合很快將成為新的主流算力范式，并始終將產(chǎn)品化和商業(yè)化作為企業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。希望有更多的應(yīng)用方、研究者、開發(fā)者和合作伙伴加入到光電混合算力生態(tài)中來，共同探索更多光電混合算力的應(yīng)用場景，加速光電混合產(chǎn)品的市場化進(jìn)程。曦智科技也會(huì)持續(xù)將公司的最新研發(fā)成果與業(yè)界和學(xué)界分享?！?/p>