上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院（信息與電子工程學(xué)院）圖像通信與網(wǎng)絡(luò)工程研究所陳一彤課題組，在算力芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大創(chuàng)新，成功研制出全球首款支持大規(guī)模語(yǔ)義媒體生成的全光計(jì)算芯片。這一突破性成果以“All-optical synthesis chip for large-scale intelligent semantic vision generation”為題，發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）。

隨著深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與大規(guī)模生成模型的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)正深刻改變著各個(gè)領(lǐng)域。然而，生成模型規(guī)模的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，導(dǎo)致傳統(tǒng)芯片架構(gòu)在算力與能耗方面面臨巨大挑戰(zhàn)，難以滿足日益增長(zhǎng)的計(jì)算需求。光計(jì)算因其潛在的高速度與低能耗優(yōu)勢(shì)，成為突破這一瓶頸的重要方向，但傳統(tǒng)全光芯片受限于小規(guī)模任務(wù)處理能力，而光電混合架構(gòu)則會(huì)顯著降低計(jì)算效率。

研究團(tuán)隊(duì)提出的LightGen芯片，首次實(shí)現(xiàn)了百萬(wàn)級(jí)光學(xué)神經(jīng)元集成、全光維度轉(zhuǎn)換以及無(wú)真值訓(xùn)練算法三大技術(shù)突破。這款芯片不僅支持高分辨率（≥512×512）圖像生成，還能完成3D場(chǎng)景重建（NeRF）、高清視頻生成與語(yǔ)義調(diào)控、去噪處理以及特征遷移等復(fù)雜任務(wù)。與傳統(tǒng)電芯片依賴輔助光生成不同，LightGen通過(guò)純光學(xué)路徑完成從輸入圖像解析、語(yǔ)義理解到全新媒體數(shù)據(jù)生成的完整流程，真正實(shí)現(xiàn)了光對(duì)語(yǔ)義的“理解”與“認(rèn)知”。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，LightGen在生成質(zhì)量上與Stable Diffusion、NeRF等主流電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)，但能耗與延遲顯著降低。即使使用性能較低的輸入設(shè)備，其算力仍能達(dá)到頂尖數(shù)字芯片的100倍，能效提升100倍；若采用前沿輸入技術(shù)消除頻率瓶頸，理論算力可提升1000萬(wàn)倍，能效提升1億倍。這一成果不僅驗(yàn)證了全光芯片替代傳統(tǒng)架構(gòu)的可行性，更證明了解決大規(guī)模集成、維度變換與無(wú)真值訓(xùn)練等關(guān)鍵技術(shù)難題的重要性。