清华大学发布三项重大科研成果：智慧天网、天眸芯、太极芯片齐亮相

清华大学发布三项重大科研成果：智慧天网、天眸芯、太极芯片齐亮相

近日，清华大学在科技创新领域再次取得重大突破，三项前沿科研成果相继发布，展现了中国高等教育机构在科技创新领域的强大实力。这些成果不仅体现了清华大学在科研领域的深厚积累，也为我国在相关领域的未来发展奠定了坚实基础。

2024年5月9日，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将智慧天网一号01星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。这一成就标志着我国在天基网络与通信技术上取得了重要进展。

智慧天网一号01星是我国首颗中轨宽带通信试验卫星，由清华大学原创提出，采用中轨泛同步轨道天基网络解决方案。该星座由8颗中轨宽带通信网络卫星组成，部署在2万公里高度的轨道上，可按需扩展为16星或32星等多种覆盖网络。建成后，将实现全球无盲点覆盖的个性化宽带网络服务，并可与低轨卫星互联网和高轨卫星互联网共同构建统一的空间天地6G网络，满足各类用户的接入需求。

该卫星包含技术验证A星与配试B星，由中国航天科技集团有限公司上海航天技术研究院抓总研制。A星配置多波束高速微波链路、星间双向激光链路和星载数字处理转发平台，B星配置星间激光链路试配载荷，在轨主要开展星地、星间信息灵活交互的核心技术验证，开展常态大热流密度散热、高稳定连续偏航机动姿态控制、低燃料消耗的轨道位置保持修正等卫星平台关键技术验证，为工程组网进行先期基础积累。

智慧天网一号01星发射后，将通过星地灵活捷变波束、星间高速激光链路、安全网络协议等技术创新，开展动态跳波束按需服务、大容量星上处理交换技术试验，满足用户随遇接入以及互联网业务、地面蜂窝业务等互联互通。在轨运行后，卫星还将开展国内与南极科考站科考数据直连、低轨卫星数据实时回传等典型场景应用示范，为构建空间网络创新实验平台、探索智慧天网行业应用模式奠定坚实基础。

在人工智能领域，清华大学精密仪器系类脑计算研究团队再次取得重大突破。团队研发的首款类脑互补感知芯片“天眸芯”，登上Nature杂志封面，这是该团队继异构融合类脑计算芯片“天机芯”后，第二次登上Nature封面，标志着我国在类脑计算和类脑感知两个重要方向上均取得了基础性突破。

随着人工智能的飞速发展，无人驾驶和具身智能等无人系统正在现实社会中不断推广应用。在这些智能系统中，视觉感知作为获取信息的核心途径，发挥着至关重要的作用。然而，在复杂多变且不可预测的环境中，实现高效、精确且鲁棒的视觉感知依然是一个艰巨的挑战。

为了克服这些挑战，清华大学精密仪器系类脑计算研究团队聚焦类脑视觉感知芯片技术，在世界范围内首次提出了一种基于视觉原语的互补双通路类脑视觉感知新范式，并基于这一新范式，进一步研制出了世界首款类脑互补视觉芯片“天眸芯”，实现了在多种极端场景下低延迟、高性能的实时感知推理，展现了其在智能无人系统领域的巨大应用潜力。

“天眸芯”借鉴了人类视觉系统的双通路机制，提出了互补双通路类脑视觉感知范式。在感知端，团队研究如何把开放世界的视觉信息（如光的速度、强度、颜色、方向等等）拆解出来，进行基于视觉原语的信息表示。并通过模仿人视觉系统的特征，将这些原语再次进行有机组合，形成两条优势互补、信息完备的视觉感知通路。

“天眸芯”在极低的带宽（降低90%）和功耗的代价下，实现了每秒10000帧的高速、10bit的高精度、130dB的高动态范围的视觉信息采集。它不仅突破了传统视觉感知范式的性能瓶颈，而且能够高效应对各种极端场景，确保系统的稳定性和安全性。“这在传统芯片上是很难实现的，但是我们通过类脑芯片的通路组合解决了这个问题。”赵蓉表示。

基于“天眸芯”，团队还自主研发了高性能软件和算法，并在开放环境车载平台上进行了性能验证。在多种极端场景下，该系统实现了低延迟、高性能的实时感知推理，展现了其在智能无人系统领域的巨大应用潜力。为自动驾驶、具身智能等重要应用提供强劲的技术支持。

“天眸芯”的成功研制无疑是智能感知芯片领域的一个重大突破。结合团队在类脑计算芯片“天机芯”、类脑软件工具链和类脑机器人等方面已应用落地的技术积累，“天眸芯”的加入将进一步完善类脑智能生态，有力地推动人工通用智能的发展。

在智能光计算领域，清华大学电子工程系方璐副教授课题组和自动化系戴琼海院士课题组取得了突破性进展。团队研发的“太极”智能光计算芯片，采用分布式广度光计算架构和干涉-衍射异构集成技术，实现了160 TOPS/W的通用智能计算。这一成果发表于国际顶级学术期刊《科学》杂志，为人工智能领域的算力与功耗难题提供了新的解决方案。

智能光计算作为近年来新兴的计算模态，具备高速、低功耗等特性，在后摩尔时代展现出有望超越硅基电子计算的潜力。然而，其计算任务往往局限于简单的字符分类、图像处理等。其痛点是光的计算优势被困在了不适合的电架构中，计算规模受限，无法支撑复杂大模型智能计算。

针对大规模光电智能计算难题，清华大学电子工程系方璐副教授课题组、自动化系戴琼海院士课题组，构建了智能光计算的通用传播模型，摒弃了传统电子深度计算范式，首创了分布式广度光计算架构，研制了全球首款大规模干涉-衍射异构集成芯片“太极”（Taichi），实现了160 TOPS/W的通用智能计算。

“太极”架构源自光计算独特的“全连接”与“高并行”属性，化深度计算为广度计算，为实现规模易扩展、计算高并行、系统强鲁棒的通用智能光计算探索了新路径。以周易典籍“易有太极，是生两仪”为启发，建立干涉-衍射联合传播模型，刻画衍射光计算大规模并行优势与干涉光计算灵活重构特性，提出衍射编码-干涉特征计算-衍射解码的融合计算方法，研制了干涉-衍射异构集成智能光芯片，实现片上大规模通用光计算。

“太极”芯片具备879 T MACS/mm^2的面积效率与160 TOPS/W的能量效率，首次赋能光计算实现自然场景千类对象识别、跨模态内容生成等人工智能复杂任务，将为百亿像素大场景光速智能分析、百亿参数大模型训练推理、低功耗自主智能无人系统提供算力支撑。

方璐表示，“之所以将光芯片命名为‘太极’，也是希望可以在如今大模型通用人工智能蓬勃发展的时代，以光子之道，为高性能计算探索新灵感、新架构、新路径。”据悉，太极光芯片的计算能效超现有智能芯片2—3个数量级，将可为百亿像素大场景光速智能分析、百亿参数大模型训练推理、毫瓦级低功耗自主智能无人系统提供算力支撑。目前该团队正与相关机构洽谈，建设算力实验室，以期用智能光计算芯片支撑大模型训练与推理、通用人工智能等人工智能研究与应用。

清华大学近期发布的三项重大科研成果，不仅展示了其在科技创新领域的强大实力，也为我国在天基网络、视觉感知和智能计算等领域的未来发展奠定了坚实基础。这些成果的取得，充分体现了清华大学在科研领域的深厚积累和创新能力，为推动我国科技进步和产业发展注入了新的动力。