國(guó)產(chǎn)這幾款光子芯片、量子芯片，誰(shuí)會(huì)是下一代處理器？
2021-12-20 13:38:28??????點(diǎn)擊：
當(dāng)前，計(jì)算處理器主要有CPU、GPU、NPU以及大型計(jì)算處理芯片，但是，無(wú)論這類芯片的速度有多快，性能有多強(qiáng)，它們都依然是摩爾定律時(shí)代的普通處理器。而作為下一代革命性的量子計(jì)算的研究越來(lái)越深入，新的量子芯片和光子芯片的研發(fā)已經(jīng)開(kāi)始斬頭露角了。本文主要介紹幾款國(guó)產(chǎn)光子芯片和量子芯片。
日前國(guó)內(nèi)一家公司曦智科技發(fā)布了新一代光子計(jì)算處理器PACE，1GHz頻率下某些運(yùn)算的性能就是GPU的數(shù)百倍了。
據(jù)他們所說(shuō)，其最新高性能光子計(jì)算處理器——PACE（Photonic Arithmetic Computing Engine，光子計(jì)算引擎）單個(gè)光子芯片中集成超過(guò)10000個(gè)光子器件，運(yùn)行1GHz系統(tǒng)時(shí)鐘，運(yùn)行特定循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度可達(dá)目前高端GPU的數(shù)百倍。PACE成功驗(yàn)證了光子計(jì)算的優(yōu)越性，是曦智科技在集成電路產(chǎn)業(yè)的又一重大突破。基于光執(zhí)行矩陣向量乘法時(shí)延極低的基本原理，曦智科技發(fā)布的最新光子計(jì)算處理器PACE通過(guò)重復(fù)矩陣乘法和巧妙利用受控噪聲組成的緊密回環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)低延遲，從而生成了伊辛問(wèn)題（Ising）和最大割/最小割問(wèn)題（Max-cut/Min-cut）的高質(zhì)量解決方案。PACE包含64x64的光學(xué)矩陣，核心部分由一塊集成硅光芯片和一塊CMOS微電子芯片以3D封裝形式堆疊而成。對(duì)于每個(gè)光學(xué)矩陣乘法，輸入向量值首先從片上存儲(chǔ)中提取，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬值，通過(guò)電子芯片和光子芯片之間的微凸點(diǎn)應(yīng)用于相應(yīng)的光調(diào)制器，形成輸入光矢量。接著，輸入光矢量通過(guò)光矩陣傳播，產(chǎn)生輸出光矢量，并達(dá)到一組光電探測(cè)器陣列，從而將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。最后，電信號(hào)通過(guò)微凸點(diǎn)返回到電子芯片，通過(guò)跨阻放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回?cái)?shù)字域。測(cè)試顯示，PACE的運(yùn)算速度可達(dá)目前高端GPU的數(shù)百倍。量子芯片：莫干1號(hào)”“天目1號(hào)”
12月17日上午，浙江大學(xué)發(fā)布“莫干1號(hào)”“天目1號(hào)”超導(dǎo)量子芯片，分別對(duì)應(yīng)著浙江名山：莫干山、天目山。
據(jù)了解，此次發(fā)布的“莫干1號(hào)”和“天目1號(hào)”，是兩款基于不同架構(gòu)的超導(dǎo)量子芯片。
其中，“莫干1號(hào)”是一款專用量子芯片，采用了全連通架構(gòu)，適用于實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定問(wèn)題的量子模擬和量子態(tài)的精確調(diào)控。
研究團(tuán)隊(duì)利用“莫干1號(hào)”芯片系統(tǒng)性地研究了量子多體物理中Stark多體局域化這一廣受關(guān)注的話題。
利用超導(dǎo)量子芯片模擬量子多體系統(tǒng)是一個(gè)激動(dòng)人心的領(lǐng)域，它有別于基于超級(jí)計(jì)算機(jī)的經(jīng)典數(shù)值模擬，是一種全新的研究手段，將極大促進(jìn)對(duì)復(fù)雜多體系統(tǒng)的研究。
而“天目1號(hào)”芯片面向通用量子計(jì)算，采用了較易擴(kuò)展的近鄰連通架構(gòu)。
為執(zhí)行相對(duì)復(fù)雜的量子門(mén)電路算法，“天目1號(hào)”上共集成36個(gè)具備更長(zhǎng)比特壽命的超導(dǎo)量子比特，實(shí)現(xiàn)了高保真度的通用量子門(mén)。
相比于“莫干1號(hào)”，“天目1號(hào)”具備更高的編程靈活度，以執(zhí)行更多種類的量子算法，可以應(yīng)用于更多研究領(lǐng)域。
“莫干1號(hào)”和“天目1號(hào)”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)由量子光學(xué)專家、浙江大學(xué)物理學(xué)系教授、科創(chuàng)中心量子計(jì)算創(chuàng)新工坊首席科學(xué)家朱詩(shī)堯院士領(lǐng)銜。朱院士說(shuō)，我國(guó)當(dāng)前在量子信息、量子通訊的某些方面上已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。
值得一提的是，目前該研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)擁有從超導(dǎo)量子芯片設(shè)計(jì)、制備、封裝到測(cè)控的全棧式研發(fā)能力，“莫干1號(hào)”與“天目1號(hào)”均為團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)制備。
日前國(guó)內(nèi)一家公司曦智科技發(fā)布了新一代光子計(jì)算處理器PACE，1GHz頻率下某些運(yùn)算的性能就是GPU的數(shù)百倍了。
據(jù)他們所說(shuō)，其最新高性能光子計(jì)算處理器——PACE（Photonic Arithmetic Computing Engine，光子計(jì)算引擎）單個(gè)光子芯片中集成超過(guò)10000個(gè)光子器件，運(yùn)行1GHz系統(tǒng)時(shí)鐘，運(yùn)行特定循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度可達(dá)目前高端GPU的數(shù)百倍。PACE成功驗(yàn)證了光子計(jì)算的優(yōu)越性，是曦智科技在集成電路產(chǎn)業(yè)的又一重大突破。基于光執(zhí)行矩陣向量乘法時(shí)延極低的基本原理，曦智科技發(fā)布的最新光子計(jì)算處理器PACE通過(guò)重復(fù)矩陣乘法和巧妙利用受控噪聲組成的緊密回環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)低延遲，從而生成了伊辛問(wèn)題（Ising）和最大割/最小割問(wèn)題（Max-cut/Min-cut）的高質(zhì)量解決方案。PACE包含64x64的光學(xué)矩陣，核心部分由一塊集成硅光芯片和一塊CMOS微電子芯片以3D封裝形式堆疊而成。對(duì)于每個(gè)光學(xué)矩陣乘法，輸入向量值首先從片上存儲(chǔ)中提取，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬值，通過(guò)電子芯片和光子芯片之間的微凸點(diǎn)應(yīng)用于相應(yīng)的光調(diào)制器，形成輸入光矢量。接著，輸入光矢量通過(guò)光矩陣傳播，產(chǎn)生輸出光矢量，并達(dá)到一組光電探測(cè)器陣列，從而將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。最后，電信號(hào)通過(guò)微凸點(diǎn)返回到電子芯片，通過(guò)跨阻放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器返回?cái)?shù)字域。測(cè)試顯示，PACE的運(yùn)算速度可達(dá)目前高端GPU的數(shù)百倍。量子芯片：莫干1號(hào)”“天目1號(hào)”
12月17日上午，浙江大學(xué)發(fā)布“莫干1號(hào)”“天目1號(hào)”超導(dǎo)量子芯片，分別對(duì)應(yīng)著浙江名山：莫干山、天目山。
據(jù)了解，此次發(fā)布的“莫干1號(hào)”和“天目1號(hào)”，是兩款基于不同架構(gòu)的超導(dǎo)量子芯片。
其中，“莫干1號(hào)”是一款專用量子芯片，采用了全連通架構(gòu)，適用于實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定問(wèn)題的量子模擬和量子態(tài)的精確調(diào)控。
研究團(tuán)隊(duì)利用“莫干1號(hào)”芯片系統(tǒng)性地研究了量子多體物理中Stark多體局域化這一廣受關(guān)注的話題。
利用超導(dǎo)量子芯片模擬量子多體系統(tǒng)是一個(gè)激動(dòng)人心的領(lǐng)域，它有別于基于超級(jí)計(jì)算機(jī)的經(jīng)典數(shù)值模擬，是一種全新的研究手段，將極大促進(jìn)對(duì)復(fù)雜多體系統(tǒng)的研究。
而“天目1號(hào)”芯片面向通用量子計(jì)算，采用了較易擴(kuò)展的近鄰連通架構(gòu)。
為執(zhí)行相對(duì)復(fù)雜的量子門(mén)電路算法，“天目1號(hào)”上共集成36個(gè)具備更長(zhǎng)比特壽命的超導(dǎo)量子比特，實(shí)現(xiàn)了高保真度的通用量子門(mén)。
相比于“莫干1號(hào)”，“天目1號(hào)”具備更高的編程靈活度，以執(zhí)行更多種類的量子算法，可以應(yīng)用于更多研究領(lǐng)域。
“莫干1號(hào)”和“天目1號(hào)”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)由量子光學(xué)專家、浙江大學(xué)物理學(xué)系教授、科創(chuàng)中心量子計(jì)算創(chuàng)新工坊首席科學(xué)家朱詩(shī)堯院士領(lǐng)銜。朱院士說(shuō)，我國(guó)當(dāng)前在量子信息、量子通訊的某些方面上已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。
值得一提的是，目前該研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)擁有從超導(dǎo)量子芯片設(shè)計(jì)、制備、封裝到測(cè)控的全棧式研發(fā)能力，“莫干1號(hào)”與“天目1號(hào)”均為團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)制備。
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