傳統(tǒng)的光計(jì)算應(yīng)用過程,，摘自ACCEL論文

圖為傳統(tǒng)的圖像識(shí)別光計(jì)算應(yīng)用過程,，小車的圖像是光信號(hào)輸入，經(jīng)過MZI光計(jì)算,、D2NN（就是一種ONN,，衍射深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）處理，形成了特征明顯的光信號(hào),。但這些光信號(hào)要經(jīng)過很多photodiode（光電二極管）轉(zhuǎn)成電信號(hào)（基于光電效應(yīng)）,，再從電信號(hào)經(jīng)ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換）變成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，還要跑一個(gè)小型數(shù)字神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全連接層（在光信號(hào)那里做不方便）,，最終形成識(shí)別結(jié)果,，認(rèn)出是小汽車。

這個(gè)傳統(tǒng)光計(jì)算應(yīng)用架構(gòu)缺點(diǎn)很大,。說是光子零能耗,，但是大規(guī)模的光電轉(zhuǎn)換、ADC轉(zhuǎn)換非常耗能,。光線在眾多級(jí)聯(lián)MZI,、透鏡掩碼組里傳播、干涉,、衍射,，這個(gè)過程并不是很靠譜，也就是“非線性”,，元器件一多就不靈了。而且也不抗干擾,，光線稍有點(diǎn)環(huán)境擾動(dòng)結(jié)果就不對(duì),。相比之下，基于電子的芯片就很靠譜,，信號(hào)在上百億個(gè)晶體管之間傳送都不會(huì)錯(cuò),。所以傳統(tǒng)的光計(jì)算多年來都只能“展示潛力”，如果是關(guān)心前沿技術(shù)進(jìn)展的朋友，會(huì)經(jīng)常在文章中看到它,，但從來不見它大規(guī)模應(yīng)用,。這就是因?yàn)樗鼞?yīng)用不方便，從光信號(hào)到數(shù)字信號(hào)過程生硬,，光電融合得不好,。

了解了這些背景，才能明白清華團(tuán)隊(duì)ACCEL的進(jìn)步,。它巧妙地融合了光子與電子各自的特性優(yōu)勢(shì),，所以叫光電融合芯片。ACCEL的全稱是All-analog Chip Combining Electronic and Light computing,，全模擬電光計(jì)算融合芯片,，這里的重點(diǎn)除了光電融合，就是All-analog,，全程模擬信號(hào),，省去了耗能的ADC環(huán)節(jié)。

ACCEL的架構(gòu)

ACCEL的圖像識(shí)別過程,，分為OAC（Optical Analog Computing,，光模擬計(jì)算）和EAC（Electronic Analog Computing，電模擬計(jì)算）兩個(gè)環(huán)節(jié),。小車的光學(xué)圖像包含極多光學(xué)信號(hào),，經(jīng)過光學(xué)元器件陣列，不斷進(jìn)行“特征提取”,，相當(dāng)于用ONN實(shí)現(xiàn)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算,，在OAC里生成了小量光學(xué)信號(hào)（但包含了關(guān)鍵信息）。OAC輸出的光信號(hào),，經(jīng)過少量光電二極管陣列轉(zhuǎn)換（只有32 × 32個(gè)）,，變成電信號(hào)（仍然是模擬信號(hào)）。這些電信號(hào)在EAC里的SRAM陣列里傳輸,，用巧妙的辦法模擬了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全連接層,。最后電信號(hào)形成了簡(jiǎn)單的脈沖序列輸出，完成識(shí)別過程,。