Trung Quốc Dẫn Đầu Chip Quang Học, Thách Thức Ưu Thế Phần Cứng Điện Tử Trong AI

Trong bối cảnh điện toán tiên tiến đang tìm cách vượt qua giới hạn của phần cứng điện tử truyền thống để xử lý Trí tuệ Nhân tạo (AI), Trung Quốc đang nổi lên như một quốc gia tiên phong trong việc phát triển chip quang học. Công nghệ này sử dụng photon thay vì electron để xử lý thông tin, tạo ra một thách thức trực tiếp đối với các Đơn vị Xử lý Đồ họa (GPU) hiện hành, đồng thời phục vụ nỗ lực chiến lược của quốc gia nhằm đạt được tự chủ công nghệ và tối ưu hóa năng lượng.

Một phát triển then chốt là sự ra đời của chip LightGen, do Đại học Giao thông Thượng Hải và Đại học Thanh Hoa đồng phát triển. Được công bố trên tạp chí Science vào tháng 12 năm 2025, LightGen tích hợp hơn hai triệu nơ-ron quang tử trên một con chip duy nhất, đạt được nhờ công nghệ đóng gói 3D và quang học bề mặt meta tích hợp cao. Giáo sư Chen Yitong từ Đại học Giao thông Thượng Hải là người đứng đầu nhóm nghiên cứu này. Bài báo nêu bật khả năng chạy các mô hình AI tạo sinh ngữ nghĩa và hình ảnh quy mô lớn, một bước nhảy vọt so với các chip quang học trước đây vốn chỉ giới hạn ở các tác vụ suy luận chức năng cố định quy mô nhỏ.

LightGen đã chứng minh hiệu suất vượt trội trong các tác vụ AI tạo sinh như tổng hợp hình ảnh, sử dụng một thuật toán huấn luyện không giám sát cho phép chip học hỏi bằng cách nhận diện các quy luật thống kê trong dữ liệu. Các số liệu đánh giá cho thấy chip đạt thông lượng tính toán hệ thống là $3.57 \times 10^4$ TOPS và hiệu suất năng lượng lên đến $6.64 \times 10^2$ TOPS mỗi watt, vượt xa các chip điện tử hàng đầu như Nvidia A100. Kiến trúc này tạo ra một “không gian tiềm ẩn quang học”, tối ưu hóa việc nén và tái cấu trúc thông tin thông qua việc cho phép dữ liệu lưu thông nhanh ở dạng cô đọng nhất.

Một dự án đáng chú ý khác là ACCEL (All-Analogue Chip Combining Electronics and Light) từ các nhà nghiên cứu tại Đại học Thanh Hoa. ACCEL kết hợp các thành phần quang học với điện tử tương tự, được báo cáo là đạt tốc độ nhanh hơn 3.000 lần so với GPU A100 trong một số tác vụ thị giác, đồng thời tránh được độ trễ và tiêu hao năng lượng do bộ chuyển đổi tương tự sang số gây ra. Các thử nghiệm mô phỏng cho thấy bộ xử lý ACCEL đạt 4.600 tera-operations mỗi giây (TOPS) trong các tác vụ thị giác, mang lại lợi thế hiệu suất gấp 3,7 lần so với Nvidia A100 trong khối lượng công việc phân loại hình ảnh.

Những tiến bộ này diễn ra trong bối cảnh Trung Quốc tăng cường đầu tư vào cơ sở hạ tầng tính toán. Mặc dù các GPU đa dụng có thể sẽ không lỗi thời ngay lập tức, các chip quang học này được coi là yếu tố then chốt cho tầm nhìn tương lai về các hệ thống điện toán tiên tiến dựa trên ánh sáng. Để giải quyết nhu cầu năng lượng bền vững của các trung tâm dữ liệu AI, chính quyền địa phương cũng đang tích cực tham gia; Thượng Hải có kế hoạch xây dựng năm trung tâm dữ liệu mới vào cuối năm 2025, được hỗ trợ bởi mạng lưới “xương sống quang học” quốc gia. Sự phát triển này cho thấy quyết tâm của quốc gia trong việc định hình tương lai của điện toán AI hậu silicon.