隨著傳感和計算模塊在邊緣基礎設施的廣泛部署
，自然場景的高速感知
、計(ji)算(suan)和(he)重(zhong)建(jian)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。現(xian)有(you)端(duan)側(ce)視(shi)覺(jiao)智(zhi)能(neng)大(da)多(duo)為(wei)感(gan)算(suan)分(fen)離(li)範(fan)式(shi)

，即(ji)通(tong)過(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)感(gan)知(zhi)和(he)采(cai)集(ji)光(guang)信(xin)號(hao)，轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)信(xin)號(hao)後(hou)進(jin)行(xing)智(zhi)能(neng)任(ren)務(wu)的(de)計(ji)算(suan)。光(guang)和(he)電(dian)之(zhi)間(jian)的(de)頻(pin)繁(fan)轉(zhuan)換(huan)，以(yi)及(ji)後(hou)摩(mo)爾(er)時(shi)代(dai)電(dian)子(zi)計(ji)算(suan)性(xing)能(neng)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)的(de)減(jian)緩(huan)
，製(zhi)約(yue)了(le)端(duan)側(ce)智(zhi)能(neng)處(chu)理(li)的(de)速(su)度(du)和(he)帶(dai)寬(kuan)。

zhenduibianyuanxitongmianlindegansuanpingjing，qinghuadaxuedianzigongchengxifangluketizutichulemianxiangziranchangjingdegansuanyitiquanguangzhinengjisuanjiagou
，yanzhilebingxinghuaquanguanggansuanzhenliexinpian（optical parallel computational arraychip,OPCAchip），突破了非相幹光場矩陣計算的難題，摒棄了“光感知-電計算”的感算分離範式

，以“光入-光出”端到端的計算實現全光機器視覺，將非相幹光場智能處理的速度提升至納秒量級，支持每秒千億像素規模的自然光場處理。

課題組刻畫了自然場景光信號與片上光場的調製關係，提出了非相幹-相(xiang)幹(gan)全(quan)光(guang)乘(cheng)加(jia)算(suan)子(zi)，建(jian)立(li)了(le)空(kong)譜(pu)域(yu)多(duo)維(wei)全(quan)光(guang)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)，突(tu)破(po)了(le)非(fei)相(xiang)幹(gan)光(guang)場(chang)智(zhi)能(neng)感(gan)算(suan)難(nan)題(ti)，提(ti)出(chu)了(le)全(quan)光(guang)片(pian)上(shang)諧(xie)振(zhen)神(shen)經(jing)元(yuan)模(mo)型(xing)
，研(yan)製(zhi)了(le)全(quan)光(guang)感(gan)算(suan)一(yi)體(ti)陣(zhen)列(lie)芯(xin)片(pian)OPCA
，支撐自然場景光場信號的並行感知與高速計算。在此基礎上，課題組構建了多波長全光神經網絡，將感知
、jisuanhezhongjianrongweiyiti，shixianleduandaoduandequanguangbianjiemaheguangchangzhongjianrenwu，zainamiaoshijianchidushangkewanchengduiziranchangjingdeduandaoduanzhongjian。zaishijiaozhinengfenleirenwushang

，OPCA芯片實測響應時間為6.0納秒
、視覺處理帶寬達THz即每秒可處理千億像素規模
，相比傳統相機采集
、存儲、智能處理這一感算分離係統（響應時間大多為毫秒量級
、每秒處理億像素），速度提升6個數量級，帶寬提升2～3個數量級。

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以OPCA芯xin片pian為wei代dai表biao的de感gan算suan一yi體ti全quan光guang機ji器qi視shi覺jiao，標biao誌zhi著zhe智zhi能neng光guang計ji算suan技ji術shu向xiang端duan側ce應ying用yong領ling域yu的de發fa展zhan邁mai出chu了le重zhong要yao的de一yi步bu。該gai芯xin片pian未wei來lai將jiang與yu大da規gui模mo智zhi能neng光guang計ji算suan芯xin片pian集ji成cheng
，突tu破po光guang電dian/電光轉換帶來的速度和功耗桎梏，實現從光感知到光處理的端到端全光智能感算。憑借其高速度、高帶寬的感算特性，有望為自動駕駛、工業檢測

、智能機器人、VR/AR等領域帶來性能的顛覆性突破
，應用前景廣闊。

近日，相關研究成果以“並行光子芯片實現納秒級端到端圖像處理、傳輸和重建”（Parallel photonic chip for nano-second end-to-end image processing, transmission, and reconstruction）為題
，發表在《光學》（Optica）雜誌上。

清華大學電子工程係為論文第一單位，電子工程係副教授方璐為論文通訊作者，電子工程係2020級博士生吳蔚
、博士後周天貺（水木學者）為論文第一作者。研究得到科技部2030重大項目
、國家自然科學基金委、中國科協
、中國博士後基金、清華大學-之江實驗室聯合研究中心等的支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1364/OPTICA.516241