VIP 專屬文章 中國科技重大突破！上海交大團隊打造「AI光子晶片」，算力飆升1000萬倍超驚人

上海交通大學集成電路學院與清華大學組成的聯合研究團隊，發表了全球首款專為生成式 AI 打造的「生成式光子晶片（LightGen）」，在處理影像生成與影片等任務時，其運行速度比目前市場主流的輝達（Nvidia）A100電子晶片提升了100倍。甚至在理論上，光子晶片的運算能力能比傳統電子晶片提升1000萬倍。相關研究內容於12月19日登上國際頂尖科學期刊《科學》（Science）。

什麼是光子晶片「LightGen」？

目前市場上主要應用的GPU等晶片都是電子晶片，其運作原理是電子在晶體管理搬運數據。可是電子有電阻，不僅會發熱，傳輸也會延遲，為了降溫所造成的耗能也相當龐大。反觀光子則和電子不同，光子本身沒有質量，幾乎無電阻，發熱極低，傳導速度也最快，對降溫的電力依賴大幅減低。

過去光晶片難以大規模運用，問題在於，光晶片功能有限，只能做簡單的計算，一旦涉及到複雜的AI任務，運行過程還得把光子轉換成電子，接著再轉回光子，整個過程「光電轉換」的損耗就浪費掉了光的優勢。

不過此次LightGen的核心突破在於實現了「全光路處理」，從輸入、理解、操作到生成影像的整個過程，完全在光領域完成，避免了傳統技術中頻繁的「光電轉換」瓶頸。

LightGen有3大技術突破

此次中國生成式光子晶片「LightGen」能夠實現「全光路處理」，主要來自3大突破。

第一，百萬級神經元集成。過去的光子晶片難以在大規模量產的矽基晶片上集成大量組件，LightGen首次在單枚晶片上集成了百萬級的光學神經元，使其具備處理複雜任務的能力。

第二，「全光」處理。傳統技術往往需要在「光訊號」與「電訊號」之間反覆轉換，就像是在翻譯不同的語言，轉換過程會浪費時間和能量。LightGen則實現了從輸入到輸出的全光路徑，直接用「光」來生成圖像和影片。

第三，自主學習算法。該團隊研發了無需大量人工標註數據的「無監督學習」算法，讓光子晶片能更聰明地自我訓練，適應生成式 AI。

光子晶片LightGen算力超越輝達A100

在保守估計下，LightGen的計算速度達到了35,700 TOPS（每秒兆次運算）。比起目前市面上領先的電子AI晶片如 Nvidia A100，其實際運行速度提升了約100倍。

但若配備更先進的外部調節組件，光子晶片算力理論上可比電子晶片提升達1000萬倍。

在完成相同質量的AI生成任務時，LightGen的能源利用效率比頂尖電子晶片高出100倍以上。這意味著，原本需要耗費巨大電力的數據中心，未來若改用此類技術，電費和碳排放將大幅縮減至百分之一。

這項研究由上海交通大學集成電路學院陳一彤助理教授領銜，並聯合清華大學戴瓊海院士、方璐教授團隊共同完成。
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