生成式人工智能正從簡(jiǎn)單的圖文生成邁向更復(fù)雜的真實(shí)場(chǎng)景應(yīng)用，模型復(fù)雜度與內(nèi)容豐富度的提升，對(duì)算力與能耗提出了前所未有的挑戰(zhàn)。當(dāng)前光電芯片雖在加速判別類(lèi)任務(wù)中表現(xiàn)突出，卻難以直接支撐大規(guī)模生成模型的運(yùn)行。如何突破這一瓶頸？上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院陳一彤課題組近日在《科學(xué)》期刊發(fā)表研究成果，宣布成功研制全球首款支持大規(guī)模語(yǔ)義視覺(jué)生成的全光計(jì)算芯片LightGen，為下一代算力芯片開(kāi)辟了全新路徑。

傳統(tǒng)電子芯片依賴(lài)電子在晶體管中的流動(dòng)完成計(jì)算，而光計(jì)算芯片則讓光在芯片內(nèi)部傳播，通過(guò)光場(chǎng)變化實(shí)現(xiàn)運(yùn)算。光信號(hào)具有天然的高速并行特性，理論上可突破現(xiàn)有算力與能耗限制。然而，生成式AI模型規(guī)模龐大且需跨維度處理，若芯片集成度不足，光信號(hào)需頻繁與電信號(hào)轉(zhuǎn)換，反而會(huì)因延遲與能耗抵消速度優(yōu)勢(shì)。全光計(jì)算因此成為關(guān)鍵——只有完全擺脫電信號(hào)輔助，才能充分發(fā)揮光的潛力。

LightGen的突破性在于單芯片同時(shí)攻克三大技術(shù)難題：首次實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)級(jí)光學(xué)神經(jīng)元集成，構(gòu)建起可處理復(fù)雜任務(wù)的“光腦”；開(kāi)發(fā)全光維度轉(zhuǎn)換技術(shù)，使芯片能自主切換不同計(jì)算模式；創(chuàng)新不依賴(lài)真實(shí)數(shù)據(jù)的光學(xué)生成模型訓(xùn)練算法，解決傳統(tǒng)方法依賴(lài)海量標(biāo)注數(shù)據(jù)的痛點(diǎn)。這三項(xiàng)技術(shù)單拎任何一項(xiàng)均屬行業(yè)前沿，而LightGen的集成創(chuàng)新讓大規(guī)模生成任務(wù)的全光端到端實(shí)現(xiàn)成為可能。

更值得關(guān)注的是，LightGen構(gòu)建了完整的“輸入—理解—語(yǔ)義操控—生成”閉環(huán)。當(dāng)圖像輸入芯片后，系統(tǒng)可自動(dòng)提取語(yǔ)義特征，并在語(yǔ)義指令下生成全新媒體內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)顯示，該芯片不僅能完成高分辨率圖像生成、3D建模、高清視頻合成，還支持去噪、特征遷移等復(fù)雜任務(wù)。例如，在語(yǔ)義調(diào)控下，芯片可將冬季雪景轉(zhuǎn)換為夏季綠蔭，或讓靜態(tài)圖像“動(dòng)”起來(lái)生成視頻片段。

這項(xiàng)成果被國(guó)際學(xué)術(shù)界視為算力芯片領(lǐng)域的里程碑。傳統(tǒng)電子芯片每秒可處理約10萬(wàn)億次運(yùn)算，而LightGen通過(guò)光子并行計(jì)算，理論算力可提升數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)能耗降低至傳統(tǒng)方案的百分之一。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家指出，該研究不僅為生成式AI提供了更高效的硬件支撐，更揭示了光計(jì)算在復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)中的潛力，可能引發(fā)計(jì)算架構(gòu)的范式變革。