隨著AI芯片面臨算力瓶頸，用光子代替電子進行AI計算開始問世，目前已經有多家初創公司正在研究光子AI芯片，包括曦智科技、光子算數、Lightmatter、Luminous等。

　　與電子芯片相比，光子芯片的計算速度是其的1000倍，而且功耗僅為其百分之一。當前用光學做計算還處于比較早期的階段，各家基本還是停留在研究和產品測試階段。

　　不過可以看到，各家公司正在積極推進商用，Lightmatter公司就表示今年將會推出搭載光子AI芯片的商用產品，光子計算無疑將成為AI芯片領域的另一個賽道。

　　看幾個例子，詳細理解什么是光子AI芯片

　　光子AI芯片公司Lightelligence在2019年宣布開發出世界第一款光子芯片原型板卡（Prototype），在視頻演示中，該團隊在這個原型產品上成功用光子芯片運行了Google Tensorflow 自帶的卷積神經網絡模型來處理 MNIST 數據集。

　　據介紹，這是一個使用計算機視覺識別手寫數字的基準機器學習模型，也是機器學習中最著名的基準數據集之一。在測試中，整個模型超過 95% 的運算是在光子芯片上完成的處理。

　　測試結構顯示，光子芯片處理的準確率已經接近電子芯片，在97%以上，另外光子芯片完成矩陣乘法所用的時間是最先進的電子芯片的 1/100 以內。

圖片來自Lightelligence

　　脫胎于麻省理工學院的初創公司Lightmatter在今年8月份的Hot Chips 32大會上，也展示了用于通用AI加速的光子計算測試芯片。

　　這款處理器芯片利用硅光子和MEMS技術，以光速處理矩陣向量乘法，由毫瓦級激光光源供電，該公司表示，將于今年秋季推出其首款商用產品，專為數據中心AI推理工作負載而設計的搭載光子計算芯片的PCIe卡。

　　Lightmatter首席執行官尼克·哈里斯表示：“我們可以利用現有AI數據中心，將能耗降低為原來的1/20，將物理空間減少為原來的1/5。”他認為，即使是在實際應用中，該款演示的光子計算芯片將擊敗AI加速領域的市場領導者——英偉達A100 GPU。

　　光子算數也是國內國內少有的光子AI芯片賽道玩家，該公司與高校一起打造了面向服務器的光電混合AI加速計算卡，目前已完成一些定制化加速任務，包括機器學習推理、時間序列分析等特定任務。

　　目前光子算數已將一些光電混合AI加速計算服務器提供給機房和IDC試用與測試，接口是標準的PCIe口。此外，其服務器也與一些國產操作系統和CPU廠商做了適配。

　　光子AI芯片的優勢特別明顯，計算速度快，功耗低，空間占用少

　　當前，越來越多的行業用到人工智能，而人工智能的算力瓶頸也越來越嚴重，根據OpenAI的研究顯示，訓練最大的人工智能模型所需的計算能力每三個半月就會增長一倍。

　　電子芯片存在耗電量大、處理速度慢等特點，業界一直在探索更強大的人工智能芯片，于是用光子替代電子進行AI計算的想法出現了。

　　致力于開發光學芯片加速AI的初創公司Luminous的CEO兼聯合創始人MarcusGomez認為，光可以使用激光通過芯片上被稱為波導的微小結構來發射光，通過使用不同顏色的光同時利用波導移動多個數據塊，可以超越傳統電子芯片的數據承載能力。

　　快速傳輸大量信息的能力說明，光學處理器非常適合處理驅動人工智能模型的大量計算，同時，它們的耗能比電子芯片少得多。Luminous的另一位聯合創始人兼首席技術官MitchellNahmias此前表示，公司的原型機可以比其他最先進的人工智能芯片節能3個數量級。

　　有中科院專家此前表示，光芯片正在逐步取代傳統的電芯片，成為通信芯片、人工智能芯片的主流，原因在于，大量電子在高密度集成電路里運動時，會使器件發熱，還會產生電磁損耗，這就影響了芯片的速度、功耗等性能。

　　與電相比，光的運動既快速又輕盈，運動時不產生熱量，而且多路光線能在同一個時空里運動并保持各自的獨立性，從而大幅節省信號傳輸通道。

　　事實上，光芯片在通信領域的應用已經比較成熟，而光芯片替代電芯片進行AI計算卻是近幾年才開始的，曦智科技創始人沈亦晨此前談到，這是因為過去神經網絡計算并不流行，而傳統的邏輯計算并不是光子計算最擅長之處。

　　光子芯片還有一個極其大的發展優勢，它可以沿用目前成熟的半導體工藝技術，而目前仍處于實驗階段的光子芯片僅需要老舊的微米級工藝，就可達到大幅超越既有半導體芯片的計算能力，也因此未來工藝微縮空間極大，這非常有利于光子AI芯片的規模化商用。

　　各路資本積極進入光子AI芯片賽道，百度、谷歌、比爾.蓋茨等

　　百度先后投資了沈亦晨創辦的Lightelligence公司和曦智科技。2018年Lightelligence獲得1000萬美元種子輪融資，由百度風投和美國半導體高管財團領投。

　　2020年4月，曦智科技宣布完成2600萬美元A輪融資，由經緯中國和中金資本旗下中金硅谷基金領投，祥峰投資、中科創星、招商局創投等跟投，百度風投和峰瑞資本持續加碼。

曦智科技研發的光子人工智能芯片

　　該公司CEO沈亦晨表示，公司今年開發的與光子芯片配套的新型算法，展現了光子計算軟硬結合的更多應用場景可能性，吸引了國內外多家知名IT企業前來接洽。

　　比爾.蓋茨投資了Luminous公司，2019年9月，報道顯示，Luminous從包括比爾.蓋茨和Uber首席執行官DaraKhosrowshahi在內的知名投資者那里，籌集了900萬美元的種子資金。

　　Google Ventures投資了Lightmatter公司，這家公司2017年在馬薩諸塞州波士頓市成立，從Google Ventures等投資方處融資3300萬美元，擁有30項專利。

　　小結

　　用光子芯片代替電子芯片進行AI計算這個想法提出到現在還只有幾年時間，整體來說，這是一個相當新的技術方向，其中必然還有很多問題需要解決。

　　事實上經過這幾件的努力，光子AI芯片的可行性已經得到市場驗證，沈亦晨此前就談到，我們后續的研究重點是，未來如何使產品快速落地量產，助推人工智能產業發展。

　　從整個光子芯片自身的獨特優勢，企業的積極研究，及資本的資金加持下，光子芯片或許會是AI芯片領域值得可期的新方向。