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、jisuanhezhongjianzhiguanzhongyao。xianyouduanceshijiaozhinengdaduoweigansuanfenlifanshi
，jitongguochuanganqiganzhihecaijiguangxinhao

，zhuanhuanweidianxinhaohoujinxingzhinengrenwudejisuan。guanghedianzhijiandepinfanzhuanhuan

，yijihoumoershidaidianzijisuanxingnengfazhanqushidejianhuan，zhiyueleduancezhinengchulidesuduhedaikuan。

針(zhen)對(dui)邊(bian)緣(yuan)係(xi)統(tong)麵(mian)臨(lin)的(de)感(gan)算(suan)瓶(ping)頸(jing)
，清(qing)華(hua)大(da)學(xue)電(dian)子(zi)工(gong)程(cheng)係(xi)方(fang)璐(lu)課(ke)題(ti)組(zu)提(ti)出(chu)了(le)麵(mian)向(xiang)自(zi)然(ran)場(chang)景(jing)的(de)感(gan)算(suan)一(yi)體(ti)全(quan)光(guang)智(zhi)能(neng)計(ji)算(suan)架(jia)構(gou)，研(yan)製(zhi)了(le)並(bing)行(xing)化(hua)全(quan)光(guang)感(gan)算(suan)陣(zhen)列(lie)芯(xin)片(pian)（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、計(ji)算(suan)和(he)重(zhong)建(jian)融(rong)為(wei)一(yi)體(ti)，實(shi)現(xian)了(le)端(duan)到(dao)端(duan)的(de)全(quan)光(guang)編(bian)解(jie)碼(ma)和(he)光(guang)場(chang)重(zhong)建(jian)任(ren)務(wu)，在(zai)納(na)秒(miao)時(shi)間(jian)尺(chi)度(du)上(shang)可(ke)完(wan)成(cheng)對(dui)自(zi)然(ran)場(chang)景(jing)的(de)端(duan)到(dao)端(duan)重(zhong)建(jian)。在(zai)視(shi)覺(jiao)智(zhi)能(neng)分(fen)類(lei)任(ren)務(wu)上(shang)

，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。

期刊主頁推薦截圖

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