原创 全球首次实现!上海交大推出全光生成式AI芯片LightGen,研究登上Science
创始人
2025-12-22 12:37:03
0

随着深度神经网络和大规模生成模型快速演进带来超高算力和能耗需求,传统芯片架构的性能增长速度已出现严重缺口,光计算等新型架构受到广泛关注。

如今,上海交大集成电路学院助理教授陈一彤团队在这一领域实现了新的突破——全光生成式 AI 芯片 LightGen。

据介绍,LightGen 首次将光子计算拓展至大模型语义媒体生成领域,在多项生成任务中实现了超高能效与速度,为光子计算在 AI 领域的应用提供了新的路径。相关研究论文也已发表在权威科学期刊 Science 上

论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv7434

LightGen 可完整实现“输入-理解-语义操控-生成”的闭环,完成高分辨率(≥512×512)图像语义生成、3D 生成(NeRF)、高清视频生成及语义调控,同时支持去噪、局部与全局特征迁移等多项大规模生成式任务。

“LightGen 为新一代光计算芯片助力前沿 AI 开辟了新路径,也为探索更高速、更高能效的生成式智能计算提供了新的研究方向。”陈一彤说。

LightGen是个啥?有啥用?

据论文描述,LightGen 的整体架构由光子编码器、光学潜在空间(OLS)和光子生成器构成,实现了端到端的全光生成流程。

其中,光子编码器由集成衍射超表面组成,用于将高维图像压缩为低维特征,并通过光场耦合进入单模光纤阵列完成子采样。由光纤阵列构建的 OLS 同时对振幅和相位进行编码,使特征在低维空间呈现可建模的概率分布,并引入生成任务所需的随机波动性。随后,光子生成器从 OLS 中读取变化特征并输出语义结果,实现多类任务的处理

此外,LightGen 引入无监督训练算法 BOGT,通过目标潜空间分布约束模型特征表示,实现无需标签的生成训练。同时,它支持多生成器切换结构,可在不同生成路径间完成重构与生成,提高模型灵活性。

图|LightGen 架构示意图。

语义图像生成、去噪与风格迁移

LightGen 能高效处理高分辨率语义图像生成、去噪与风格迁移任务。它可生成 512×512 像素的多类别图像,细节如毛发纹理和眼部反光清晰可见,嵌入特征与真实数据高度一致,生成质量接近 Stable Diffusion。

图|LightGen 在语义生成任务上的实验结果。

在语义去噪任务中,LightGen 利用自由空间模式与单模光纤阵列的高信息容量,即使在极高坏匹配像素比例下,也能有效降低噪音并显著提升图像可读性,最高相对降幅达 20.4%。

图|LightGen 在语义去噪任务上的实验结果。

在风格迁移中,它无需切分图像即可处理整幅高分辨率输入,实现印象派、金属风等多种风格转换,同时保持物体类别和全局结构完整,性能接近先进电子网络。

图|LightGen在风格迁移任务上的实验结果。

相比传统光子计算芯片需切分补丁处理图像,LightGen 的大规模 3D 集成结构支持整幅图像生成,能保持连续结构与全局特征,如手写字体向印刷字体的连续转换,展现出显著优势。这表明其 3D 集成与大规模输入输出结构不仅是尺寸扩大,更对语义生成能力产生了质的提升。

3D 生成与语义操控

LightGen 能基于 2D 投影训练生成包含多物体结构的室内场景图像与视频,并以无监督方式学习到三维几何与视觉结构,其生成质量与 NeRF 接近。通过操控 OLS,LightGen 可进行多视角生成与风格控制,例如生成不同类型、结构细节各异的椅子,并成功再现形状、支柱粗细与曲线纹理等特征。

LightGen 的 OLS 表征具有物理可解释性,能够针对局部语义进行操控, 还可以生成连续一致的 3D 视频序列,体现出对全局结构和动态特征的稳定控制。

图|LightGen 生成的采样图像示例。

系统速度、能效与计算密度

LightGen 在生成任务上的三项核心指标,即系统速度、能效和计算密度,都远超现有电子芯片。

即便在非常保守、缩小运算量的评估条件下,LightGen 依旧实现了 3.57×10^4 TOPS 的计算速度、6.64×10^2 TOPS/W 的能效,以及 2.62×10^2 TOPS/mm² 的计算密度,整体性能比英伟达 A100 高出两个数量级以上。这意味着 LightGen 在同等时间内能处理更多数据,在相同能耗下能完成更多计算,芯片面积更小但算力更高。

未来展望

LightGen 通过三维封装解决了光子神经元的集成规模问题;通过提出 OLS 实现了光速维度转换;通过提出 BOGT 训练算法,摆脱了对预定义真实标签的依赖,转向对底层概率分布建模。

未来,LightGen 可通过增加超表面像素与层数、提升 OLS 维度或采用分块生成策略进一步扩展处理分辨率。尽管超表面规模扩展会提升整体计算速度,但也需要更高输入能量以维持计算精度。

相关内容

“妖股”直击:德明利二季度...
交易所数据显示,德明利今日低开后快速下探,随后展开弱势震荡,盘中虽...
2026-07-23 14:23:10
两部门:探索以光热发电为基...
两部门:探索以光热发电为基础电源的绿电直连等新业态 人民财讯7月2...
2026-07-23 14:21:56
恒电位仪在海水工况设备防腐...
恒电位仪在海水工况设备防腐中的应用 海水是高导电、强腐蚀介质,海洋...
2026-07-23 14:19:49
Acrab发布边缘AI终端...
IT之家 7 月 23 日消息,初创企业 Acrab 昨日正式发布...
2026-07-23 14:18:17
西部超导获得发明专利授权:...
证券之星消息,根据天眼查APP数据显示西部超导(688122)新获...
2026-07-23 14:17:34
【ETF动向】7月22日半...
证券之星消息,7月22日,半导体设备ETF易方达基金(159558...
2026-07-23 14:17:19
杠杆资金大调仓!融资客净买...
7月22日,沪深两市53个行业获融资净买入,合计净买入约102.7...
2026-07-23 14:15:37
英杰电气:2026年二季度...
证券之星消息,英杰电气(300820)07月23日在投资者关系平台...
2026-07-23 14:14:20
苏州云途半导体有限公司成立...
天眼查显示,近日,苏州云途半导体有限公司成立,法定代表人为耿晓祥,...
2026-07-23 14:12:28

热门资讯

7.23商业观察:智能体算力芯... 以下为当前市场公认的智能体/AI算力芯片及相关基础设施核心A股公司: 环节 公司 代码 核心定位 A...
价格涨超300%!高端PCB需... 来源:央视财经 PCB(印制电路板) 被称为 “电子产品之母” 是电子产品中不可或缺的核心基础件 家...
江西芯能电子有限公司成立 注册... 天眼查App显示,近日,江西芯能电子有限公司成立,法定代表人为孙晓晓,注册资本100万人民币,经营范...
富士康(鸿海集团)是公司消费电... 有投资者向 和胜股份(002824.SZ)提问,富士康(鸿海集团)是公司消费电子板块核心客户? 7月...
星网锐捷新注册《星网锐捷vSu... 证券之星消息,近日星网锐捷(002396)新注册了《星网锐捷vSureOS嵌入式操作系统V1.0》项...
中国电力科学研究院申请构网型变... 国家知识产权局信息显示,中国电力科学研究院有限公司申请一项名为“构网型变流器控制的方法及装置”的专利...
瞻芯电子申请图腾柱功率因数校正... 国家知识产权局信息显示,上海瞻芯电子科技股份有限公司申请一项名为“图腾柱功率因数校正电路及其电流检测...
国网河南申请多低压配电网光伏与... 国家知识产权局信息显示,国网河南省电力公司经济技术研究院;东北电力大学申请一项名为“多低压配电网光伏...
亚浩电子取得宽幅电压输入自动切... 国家知识产权局信息显示,亚浩电子五金塑胶(惠州)有限公司取得一项名为“一种宽幅电压输入自动切换电路”...
半导体设备强势突围,半导体设备... 7月22日,A股市场表现分化,上证指数收涨0.07%,而深证成指与创业板指分别收跌1.42%和3.2...