1 概述

人工智能是当今最具战略性和颠覆性的技术, 其以强大的赋能性驱动着新一轮科技革命和产业变革, 深刻地影响经济发展、社会进步和国际政治格局构建[1]。

当前, 人工智能着重解决机器会听（语音识别、机器翻译等）、会看（图像识别、文字识别等）、会说（语音合成、人机对话等）、会思考（人机对弈、定理证明等）、会学习（机器学习、知识表示等）、会行动（机器人、无人驾驶等）“六会”问题[2]。光电技术在解决这“六会”的人工智能关键技术中应用十分广泛。

2 光电技术在人工智能领域的应用

光电技术在人工智能应用实践层面主要解决“会看”“会思考”“会行动”等问题,包括以下方面。

2.1 光子芯片

智能芯片是人工智能最核心的技术,相当于人工智能的“大脑”。人工智能基于对海量数据收集、处理、选择、交换、整合和分析。在此过程中,机器效能的消耗随着数据量激增而“与日俱增”,传统计算方式和硬件（传统芯片）显得“力不从心”,高速低耗的光子芯片应运而生。

光子芯片依托硅基光子集成技术,让光提供算力。光子芯片运算速度快、低延迟、抗电磁干扰、低能耗,计算能力为传统芯片的一千倍,但功耗仅为其百分之一。因而广泛应用于大数据、人脸识别、安防监控、AI 金融、AI 医疗、自动驾驶、无人机等所有低能耗应用领域。

2015 年, 麻省理工学院研究者研制出一种可以与传统的计算机结合进行深度学习的新型光学计算芯片（3]。2017 年,普林斯顿大学研究者研制出第一枚光子神经形态芯片[4],其依靠入射光线的明暗实现运算,这个过程不需电力运作,不损耗能源。德国研究人员在毫米级光子芯片上搭建了全光神经网络, 且网络内不存在光电转换[5]。清华、北大、北交大等高校博士组成的研究团队成功研发第一枚国产光子人工智能芯片[6]。中科院研发的云端人工智能芯片理论峰值速度, 已达每秒128 万亿次定点运算[7]。

2.2 机器视觉与计算机视觉

机器视觉是应用价值最高的人工智能技术,它使机器“开眼看世界”,实现“从识人知物到辨识万物”。机器视觉就是用机器代替人眼进行测量和判断,它综合了模拟、数字电子、计算机、图像处理、传感器、机械工程、光源照明、光学成像等跨学科前沿技术。机器视觉具有准确性、客观性、稳定性等特点,在安防及交通摄像头、无人驾驶、金融、医疗等领域广泛应用。

计算机视觉就是利用计算机和其辅助设备模拟人的视觉功能识别、跟踪和测量目标并进行图形处理。美国麻省理工学院研究者将人工智能和光学技术结合研发的“密集对象网络（DON]”系统,可以使机器人更好地理解和操纵物体,甚至是它们从未见过的随机物体[8]。

2.3 光电传感器

传感器是人工智能获取信息的重要器件,是人工智能技术的硬件基础。传感器技术是人工智能与万物互联的必备条件,传感器是人工智能的核心部件,它如同人类的五官,采集和转换外界信息。光电传感器一般由光源、光学通路和光电器件组成,其功能就是将光信号转换为电信号。

光电传感器体积小、重量轻、易升级,传输没有测量误差,应用领域十分广泛,常见的如智能停车系统、智能水表、智能交通、智能 家居、可穿戴设备 等。当前研究的热点是智能光电传感器,它集成了人工神经网、人工智能、信息处理等技术,较传统传感器反应速度更快、精度更高、重量更轻、能耗更低,成为人工智能的关键因素[9]。

2.4 光储存

光储存是人工智能的重要基石。人工智能应用必须依靠海量数据,爆炸式增长的数据,对承载数据的基础设施性能及能耗等提出了更高的要求, 依靠磁硬盘驱动器的传统存储难以满足之一需求,新一代光存储技术由此“大显神通”。

光存储的原理就是利用光子与物质的作用,将图像、语言、文字以及相关数据等各种信息记录下来,应用时再读出。光学存储芯片不发热,硬盘设备功耗低。当前,大数据和云存储技术已经支撑人工智能在安防领域应用。全息光存储具有超大存储容量、超高的存储密度和越快的存取速度,成为研发重点。贝尔实验室的衍生公司Inphase 公司已经在这一领域取得突破。

3 光电技术在人工智能领域应用趋势预见

进入人工智能时代,现代科学技术也进入了爆发期。光电技术的智能化、集成化、网络化、多功能化趋势日益显现,在人工智能领域应用呈现出如下特点。

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