Инженеры Университета Цинхуа представили полностью интегрированный оптический процессор Optical Feature Extraction Engine (OFE²), способный обрабатывать поток данных на частоте 12,5 ГГц и выполнять одно матрично-векторное умножение всего за 250,5 пикосекунд. Такой показатель делает его самым быстрым дифракционным вычислителем и впервые выводит чипы на базе света за рубеж символической планки 10 ГГц, задавая новый ориентир для систем искусственного интеллекта реального времени.
В отличие от традиционных электронных FPGA и GPU, OFE² использует дифракционный оператор: когерентный свет, проходя через тонкую пластину со специально заданным распределением показателя преломления, сразу выполняет математическую операцию выделения признаков. Задержка всей цепочки, включая модуль подготовки данных, не превышает 82,2 наносекунды — на 12 наносекунд меньше, чем у сопоставимых цифровых решений, — а энергоэффективность достигает 2,06 ТОп/Вт при затратах 9,7 пикоДж на вычисление.
Ключ к такому результату — кремний-на-изоляторе с программируемыми делителями мощности и линиями задержки, которые распределяют последовательный поток в несколько синхронизированных оптических каналов без потери фазовой стабильности. Именно нестабильность фазы долго ограничивала работу оптических схем выше 10 ГГц; новая архитектура устраняет этот барьер и открывает дорогу масштабированию частот.
Практические тесты подтвердили универсальность технологии. В задачах компьютерного зрения чип выделял края объектов и повышал точность классификации рукописных цифр MNIST до 95 %, а при сегментации органов на КТ-снимках улучшал метрику на 1,1 %. В финансовом эксперименте OFE² за доли микросекунды анализировал котировки золота за 45 лет и генерировал прибыльные сигналы «покупать» или «продавать», демонстрируя потенциал для высокочастотной торговли.
По оценке авторов, оптические вычисления позволят перенести самые ресурсоёмкие этапы нейросетевой обработки из энергоёмкого электронного домена в фотонный, что критично для медицинской диагностики, автономных транспортных систем и алгоритмов торговых площадок. Исследование опубликовано в журнале Advanced Photonics Nexus и уже рассматривается как фундамент для гибридных ИИ-архитектур, работающих практически со скоростью света.