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。

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-xiangganquanguangchengjiasuanzi，jianlilekongpuyuduoweiquanguangshenjingwangluo，tupolefeixiangganguangchangzhinenggansuannanti
，tichulequanguangpianshangxiezhenshenjingyuanmoxing，yanzhilequanguanggansuanyitizhenliexinpianOPCA，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。

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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