清華大學(xué)光傳感系統(tǒng)和光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)博士研究生臧裕斌：

1.從實(shí)現(xiàn)算法的復(fù)雜度、可重構(gòu)性以及片上可訓(xùn)練的角度來說光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)目前都不是電神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)手，那么做光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的意義和優(yōu)勢(shì)何在呢？

2.除了用光子器件結(jié)構(gòu)擬構(gòu)NN的運(yùn)算結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在這一領(lǐng)域水庫計(jì)算算法也做的較為火熱，不知演講者對(duì)這一領(lǐng)域持何種看法？光AI芯片的未來是屬于前者還是后者？此外，光AI結(jié)構(gòu)一定要集成于芯片之上嗎？

白冰博士：（1）目前光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)僅用于云端推理，追求的是低功耗，并不做訓(xùn)練。同時(shí)它有很高的可重構(gòu)性，與FPGA進(jìn)行異構(gòu)處理時(shí)，是用FPGA在對(duì)非線性計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分可重構(gòu)，光的部分是由很多個(gè)小矩陣陣列組成，可進(jìn)行靈活的矩陣配置。

(2) 需要介紹一下水庫計(jì)算。水庫計(jì)算又稱儲(chǔ)備池計(jì)算，用于解決循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)上我們用光完成的是前傳矩陣的部分，而循環(huán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是通過電的控制實(shí)現(xiàn)的。但在本質(zhì)上，如果能在全光內(nèi)完成循環(huán)計(jì)算將會(huì)取得更好的效果。

目前我們對(duì)儲(chǔ)備池計(jì)算也有一定的研究。儲(chǔ)備池計(jì)算是一個(gè)用光作環(huán)路，并把得到的數(shù)據(jù)與之后做的數(shù)據(jù)進(jìn)行光脈沖交疊來完成計(jì)算，等于用光來充當(dāng)緩存的過程。

另外，儲(chǔ)備池計(jì)算在通信中非常重要，可以用于進(jìn)行傳輸計(jì)算一體化（傳算一體）。具體來說，以前光纖通過收發(fā)芯片連接到基站上，把光信號(hào)通過接收芯片轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳給基站，再用基站中的DSP處理器進(jìn)行后續(xù)信號(hào)的分析和處理；

而現(xiàn)在的方案是，我們將光學(xué)計(jì)算芯片加到光纖與接收芯片之間（與接收芯片集成在一起），這就相當(dāng)于把計(jì)算域往前移，把本應(yīng)該在基站內(nèi)部電域處理的矩陣（如傅里葉變換）放到光域來完成。這樣一來，就能直接將從遠(yuǎn)距離光纖（如上海到北京）來的信號(hào)在光學(xué)計(jì)算芯片上進(jìn)行變換處理，完成了一部分的計(jì)算工作。

光本身是無源、低功耗、高速度的，其本身也沒有電光轉(zhuǎn)換的過程，因此這樣處理后，再把它給接收芯片轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，在這個(gè)階段中，DSP內(nèi)只需要完成一小部分后續(xù)處理即可。這是屬于儲(chǔ)備池計(jì)算的一個(gè)主要應(yīng)用，同時(shí)它是面向時(shí)序的，對(duì)直接接受這種光信號(hào)的場(chǎng)景也會(huì)非常好。我們把這叫做“傳算一體”。

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中國電子工程設(shè)計(jì)院高級(jí)工程師沈潔：

1.硅光子芯片與波導(dǎo)模式有關(guān)嗎？

2.在AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中，硅光子集成度能達(dá)到多少，集成度與電子芯片有優(yōu)勢(shì)嗎？

3.是否涉及光子的量子效應(yīng)、非線性效應(yīng)的影響，如何克服這些影響？

白冰博士：（1）是有關(guān)的，目前我們也正使用基模進(jìn)行計(jì)算，但后期會(huì)有高階模，例如在實(shí)現(xiàn)全加器時(shí)會(huì)涉及到一些高階模。

（2）事實(shí)上，硅光子的集成度與電子芯片的集成度是無法直接比較，而要比的應(yīng)該是單位功耗里所提供的算力及單位成本。由于硅光子本身是無源計(jì)算，具備低功耗、加工制程低、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，從這些方面來說是具有優(yōu)勢(shì)的，這也是我們一般評(píng)估的指標(biāo)。

（3）首先，硅光子芯片并不涉及量子效應(yīng)，已經(jīng)落地的方案，是用已有的光通信基本單元去拼系統(tǒng)，而在波長和其他方面都不會(huì)進(jìn)行如此調(diào)整，這樣的目的是讓它快速落地，將優(yōu)化放在之后。

其次對(duì)于非線性效應(yīng)，目前我們?cè)谶M(jìn)行相關(guān)的工作，比如硅基微環(huán)，利用泵浦光去做激活，相當(dāng)于把一部分非線性也用光來處理。再比如PD(光電二極管)，其本身是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，在一些區(qū)間也是非線性的，同樣也可以用來作為激活函數(shù)。

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骨魚科技CEO劉東峰：

1.光子芯片最基本的運(yùn)算單元是什么？傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片，是與或非門，光子芯片，是不是也需要構(gòu)成這樣的門電路，或者說波導(dǎo)？

2. 對(duì)于光子芯片的設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)，有什么不同？

3. 光線折射和衍射，會(huì)有損耗，光子芯片如何解決這個(gè)問題？

白冰博士：（1）基本單元例如有MZ干涉儀、分束器、波分復(fù)用器、模式轉(zhuǎn)換器等，都是傳統(tǒng)光通信芯片里面用的器件，實(shí)際上通過通訊的方法來映射它的計(jì)算過程。

（2）與傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)相比不同的是，在設(shè)計(jì)上它是一個(gè)模擬器件，而對(duì)于目前的模擬器件而言，除了用PDK，有些部分是需要進(jìn)行憑借經(jīng)驗(yàn)的手繪。

（3）對(duì)于折射和衍射損耗來說，評(píng)估到整體上的損耗在2到4dB/cm，但對(duì)于片上系統(tǒng)來說這并不是很重要的問題。

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中興通訊技術(shù)合作總監(jiān)王建立：

1.光子AI芯片目前能達(dá)到多少算力？功耗與傳統(tǒng)芯片相比，能改進(jìn)多少？

2.當(dāng)前光子AI芯片產(chǎn)業(yè)化的瓶頸在哪兒？

白冰博士：（1）實(shí)際上，目前光子AI芯片的算力是與FPGA進(jìn)行對(duì)比的，在云端上以同樣的算力基本上可以達(dá)到三到四分之一的功耗，這樣可以替代一些高端的FPGA芯片。

（2）對(duì)于光子AI芯片產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，我們認(rèn)為這是一個(gè)工具鏈的問題，當(dāng)光子AI芯片與FPGA進(jìn)行異構(gòu)時(shí)，其控制部分完全是在FPGA內(nèi)完成，我們可以通過調(diào)度FPGA來調(diào)度光子AI芯片，它與FPGA一樣，面臨著工具鏈的問題。

與GPU相比，它的性能和功耗都有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，但目前需要按照項(xiàng)目去推進(jìn)，比如在進(jìn)行項(xiàng)目遷移時(shí)，需要的是底層的編程人員，而這方面的人才卻是非常難找的，這也是光子AI芯片產(chǎn)業(yè)化存在的瓶頸所在。在之后具有足夠的資金后，我們會(huì)開發(fā)AI層面的工具鏈。

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海康威視工程師郝?lián)P：

光電異構(gòu)計(jì)算用寬度替代深度，這樣是否足夠？

白冰博士：我們現(xiàn)有的光電混合板卡是面向現(xiàn)有的一些算法，主要都是一些深度網(wǎng)絡(luò)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來說，層數(shù)足夠多和層寬度很大效果是一樣的，但是后者對(duì)于并行線性計(jì)算要求會(huì)更高，這跟光計(jì)算的物理過程匹配。

另外，非線性計(jì)算可以由線性計(jì)算在局部做近似擬合，這樣可以進(jìn)一步減少光計(jì)算器件無法加速的非線性部分。

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