计算速度是电子芯片1000倍，光子AI芯片商用产品今年面世！

随着AI芯片面临算力瓶颈，用光子代替电子进行AI计算开始问世，目前已经有多家初创公司正在研究光子AI芯片，包括曦智科技、光子算数、Lightmatter、Luminous等。

与电子芯片相比，光子芯片的计算速度是其的1000倍，而且功耗仅为其百分之一。当前用光学做计算还处于比较早期的阶段，各家基本还是停留在研究和产品测试阶段。

不过可以看到，各家公司正在积极推进商用，Lightmatter公司就表示今年将会推出搭载光子AI芯片的商用产品，光子计算无疑将成为AI芯片领域的另一个赛道。

• 看几个例子，详细理解什么是光子AI芯片

光子AI芯片公司Lightelligence在2019年宣布开发出世界第一款光子芯片原型板卡（Prototype），在视频演示中，该团队在这个原型产品上成功用光子芯片运行了Google Tensorflow 自带的卷积神经网络模型来处理 MNIST 数据集。

据介绍，这是一个使用计算机视觉识别手写数字的基准机器学习模型，也是机器学习中最著名的基准数据集之一。在测试中，整个模型超过 95% 的运算是在光子芯片上完成的处理。

测试结构显示，光子芯片处理的准确率已经接近电子芯片，在97%以上，另外光子芯片完成矩阵乘法所用的时间是最先进的电子芯片的 1/100 以内。

（图片来自Lightelligence）

脱胎于麻省理工学院的初创公司Lightmatter在今年8月份的Hot Chips 32大会上，也展示了用于通用AI加速的光子计算测试芯片。

这款处理器芯片利用硅光子和MEMS技术，以光速处理矩阵向量乘法，由毫瓦级激光光源供电，该公司表示，将于今年秋季推出其首款商用产品，专为数据中心AI推理工作负载而设计的搭载光子计算芯片的PCIe卡。

Lightmatter首席执行官尼克·哈里斯表示：“我们可以利用现有AI数据中心，将能耗降低为原来的1/20，将物理空间减少为原来的1/5。”他认为，即使是在实际应用中，该款演示的光子计算芯片将击败AI加速领域的市场领导者——英伟达A100 GPU。

光子算数也是国内国内少有的光子AI芯片赛道玩家，该公司与高校一起打造了面向服务器的光电混合AI加速计算卡，目前已完成一些定制化加速任务，包括机器学习推理、时间序列分析等特定任务。

目前光子算数已将一些光电混合AI加速计算服务器提供给机房和IDC试用与测试，接口是标准的PCIe口。此外，其服务器也与一些国产操作系统和CPU厂商做了适配。

• 光子AI芯片的优势特别明显，计算速度快，功耗低，空间占用少

当前，越来越多的行业用到人工智能，而人工智能的算力瓶颈也越来越严重，根据OpenAI的研究显示，训练最大的人工智能模型所需的计算能力每三个半月就会增长一倍。

电子芯片存在耗电量大、处理速度慢等特点，业界一直在探索更强大的人工智能芯片，于是用光子替代电子进行AI计算的想法出现了。

致力于开发光学芯片加速AI的初创公司Luminous的CEO兼联合创始人MarcusGomez认为，光可以使用激光通过芯片上被称为波导的微小结构来发射光，通过使用不同颜色的光同时利用波导移动多个数据块，可以超越传统电子芯片的数据承载能力。

快速传输大量信息的能力说明，光学处理器非常适合处理驱动人工智能模型的大量计算，同时，它们的耗能比电子芯片少得多。Luminous的另一位联合创始人兼首席技术官MitchellNahmias此前表示，公司的原型机可以比其他最先进的人工智能芯片节能3个数量级。

有中科院专家此前表示，光芯片正在逐步取代传统的电芯片，成为通信芯片、人工智能芯片的主流，原因在于，大量电子在高密度集成电路里运动时，会使器件发热，还会产生电磁损耗，这就影响了芯片的速度、功耗等性能。

与电相比，光的运动既快速又轻盈，运动时不产生热量，而且多路光线能在同一个时空里运动并保持各自的独立性，从而大幅节省信号传输通道。

事实上，光芯片在通信领域的应用已经比较成熟，而光芯片替代电芯片进行AI计算却是近几年才开始的，曦智科技创始人沈亦晨此前谈到，这是因为过去神经网络计算并不流行，而传统的逻辑计算并不是光子计算最擅长之处。

光子芯片还有一个极其大的发展优势，它可以沿用目前成熟的半导体工艺技术，而目前仍处于实验阶段的光子芯片仅需要老旧的微米级工艺，就可达到大幅超越既有半导体芯片的计算能力，也因此未来工艺微缩空间极大，这非常有利于光子AI芯片的规模化商用。

• 各路资本积极进入光子AI芯片赛道，百度、谷歌、比尔.盖茨等

百度先后投资了沈亦晨创办的Lightelligence公司和曦智科技。2018年Lightelligence获得1000万美元种子轮融资，由百度风投和美国半导体高管财团领投。

2020年4月，曦智科技宣布完成2600万美元A轮融资，由经纬中国和中金资本旗下中金硅谷基金领投，祥峰投资、中科创星、招商局创投等跟投，百度风投和峰瑞资本持续加码。

（曦智科技研发的光子人工智能芯片）

该公司CEO沈亦晨表示，公司今年开发的与光子芯片配套的新型算法，展现了光子计算软硬结合的更多应用场景可能性，吸引了国内外多家知名IT企业前来接洽。

比尔.盖茨投资了Luminous公司，2019年9月，报道显示，Luminous从包括比尔.盖茨和Uber首席执行官DaraKhosrowshahi在内的知名投资者那里，筹集了900万美元的种子资金。

Google Ventures投资了Lightmatter公司，这家公司2017年在马萨诸塞州波士顿市成立，从Google Ventures等投资方处融资3300万美元，拥有30项专利。

• 小结

用光子芯片代替电子芯片进行AI计算这个想法提出到现在还只有几年时间，整体来说，这是一个相当新的技术方向，其中必然还有很多问题需要解决。

事实上经过这几件的努力，光子AI芯片的可行性已经得到市场验证，沈亦晨此前就谈到，我们后续的研究重点是，未来如何使产品快速落地量产，助推人工智能产业发展。

从整个光子芯片自身的独特优势，企业的积极研究，及资本的资金加持下，光子芯片或许会是AI芯片领域值得可期的新方向。