沈亦晨：“光之魔术师”重新定义 AI 芯片

　　自 1999 年起，《麻省理工科技评论》每年都会推出“35岁以下创新35人”（Innovators Under 35）榜单，旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神，以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家，共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。

　　2017 年，该全球权威榜单正式推出中国区评选，并已公布并首届评选结果。现在，《麻省理工科技评论》正式开设“35岁以下创新35人”中国榜单专栏，以人物报道的形式帮助中文读者了解这些来自中国的新生代科技力量。

　　沈亦晨·远见者

　　“光之魔术师”：从光出发，重新定义 AI 芯片

　　获奖年份：2017 年

　　获奖时年龄：28岁

　　获奖时职位：Lightelligence co-founder， CEO；Lux Labs co-founder

　　获奖原因：从光学计算的独特角度切入群雄逐鹿的 AI 芯片战场，有望将现有人工智能芯片的计算能力提升1000倍，同时将能耗降低至百分之一。

　　光无处不在，却尚未被人类充分利用。幸运的是，新的尝试一直都在路上，比如说基于光子而非电子打造 AI 芯片。这并不是异想天开。从 1960 年代开始，美国贝尔实验室就曾花费巨资研发通用光学计算机部件，但最终他们的努力并没有太多成效。过去 10 年人工智能热潮背后的核心是一种叫做“深度学习”的技术，研发深度学习专用芯片的公司更是数不胜数。还在麻省理工学院读博士的沈亦晨注意到了其中的变化：不同于通用芯片所运行的“逻辑运算”，深度学习神经网络的大部分时间都花在“矩阵乘法”运算上。为何不用光学的思路打造全新的 AI 芯片？他意识到，“这可能是光学计算有史以来最大的机会”。

　　为了实现这一构想，沈亦晨组建了 Lightmatter 团队 （后组建公司时正式更名为 Lightelligence）。凭借光子芯片，他们拿下了 2017 年的麻省理工学院“$100K 创业大赛”和哈佛大学“Harvard President Innovation Challenge”的第一名。这两项赛事都是全美高校中最富盛名的学生创业竞赛。之所以能征服评审，团队独创的光学芯片技术是关键。该技术于 2017 年以封面文章的形式发表在顶级期刊《自然。 光子》杂志上，该技术基于硬件和算法有着双重创新：在硬件上，光干涉仪作为基本的矩阵运算单元有效取代了传统电子晶体管；在算法上，团队开发了一系列在不牺牲性能条件下有效降低深度学习计算量并适应于光学芯片的算法。与传统电子芯片相比，公司的光学芯片能提高现有人工智能芯片计算能力 1000 倍，同时将能耗降低至百分之一。

　　比赛之后，Lightelligence 团队并没有停下前进的脚步。他们利用奖金租用了一个办公室，开始紧锣密鼓地与潜在合作方和客户们会面，造访芯片制造商。沈亦晨的想法是，他们要做出世界上第一台可以商用的光子计算机，该计算机在机器学习的性能上远优于传统的电子计算机，以此来推动整个人工智能行业的发展。有趣的是，沈亦晨所学专业并非计算机，而是物理。他对物理的兴趣源于他父亲，一位电力工程专家。“我曾随着父亲去参观他参与设计的各种大型电厂，听他讲述人们怎样运用科学技术将原本毫不起眼的煤块变成源源不断的能源，为社会造福，”沈亦晨对我们说。

　　图丨《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”中国榜单颁奖典礼上的沈亦晨

　　2011 年，他来到麻省理工学院读博，起初，他的目标是单纯的“成为科学家”。一年之后，受到学校对实用性科技创新颇为推崇的影响，他开始希望做一名让基础科学造福社会的发明家。

　　沈亦晨选择了自己最为熟悉的“物质”——光——作为突破点。在博士期间，沈亦晨学术成果中的一大亮点就是成功用纳米材料对光的传播方向进行控制。这个成果看起来并不深奥难懂，但却从未有人实现过。我们都知道，光拥有的三项基本性质（颜色，偏振和传播方向），人们已经实现了对这三项性质里的两项（颜色和偏振）在材料尺度上的控制：比如有色玻璃可以过滤光的颜色，太阳眼镜可以过滤光的偏振，然而在对光的传播方向上的控制，科学家们却一筹莫展。但沈亦晨做到了。2014 年，他在《科学》杂志上以第一作者身份发表了题为《宽波段光学的角度选择》的论文，首次实现了在材料尺度上对光的传播方向的选择。同年，此项研究被《探索》杂志评为全球年度前 50 重大科学发明创新。此后沈亦晨又陆续针对这项研究发表了三篇论文，成功申请了两项美国专利。

　　而组建 AI 芯片公司也并不是沈亦晨的首次创业探险。2016 年，基于上述的光学研究，沈亦晨创立了他的第一家公司 Lux Labs。Lux Labs 计划进入的市场包括移动电子显示和太阳能发电：将他们的角度选择光学膜应用到电子产品屏幕上，能在保护使用者隐私的同时降低电子产品的能耗；应用到光热和光伏电池上，则可以提升光伏和光热电池的发电效率。至今，Lux Labs 已经融资超过三百万美元。也正是创立 Lux Labs 的成功经历，让沈亦晨更有信心迈进群雄逐鹿的 AI 芯片战场。2016 年 9 月，他创立了自己的第二家公司 Lightelligence，旨在实现光学 AI 芯片的商业化落地。目前，Lightelligence 已经拥有大量自主知识产权以及包括集成光学器件设计、集成光电系统和深度学习算法的核心技术，并从世界顶级的风险投资机构完成了千万美元级别的首轮融资。

　　国际著名光学科学家、斯坦福大学终身教授 David Miller， 曾专门在《自然》杂志上撰文评价沈亦晨团队的光学 AI 芯片：“这一系列的研究成果极大地推动了集成光学在未来取代传统电子计算芯片的发展。”作为全球第一家也是目前唯一一家通过光子技术进行 AI 计算的科技公司，Lightelligence 正行走在一片不曾有人涉足的原野之上。对于这家诞生不到一年的公司来说，他们依然需要大量的时间和努力来让产品更具有市场竞争力。但说到科技创新，还有什么能比颠覆旧秩序、 开创新价值更让人兴奋呢？