清华北大，连发Nature！

10月25日，北京大学、清华大学同日在全球顶级学术期刊Nature发表最新研究成果。

清华大学

清华大学团队在超高性能计算芯片领域取得新突破。相关成果以“All-analog photo-electronic chip for high-speed vision tasks”为题发表在Nature上。这枚芯片基于纯模拟光电融合计算架构，在包括ImageNet等智能视觉任务实测中，相同准确率下，比现有高性能GPU算力提升三千倍，能效提升四百万倍。

实现算力飞跃并非易事，特别是当前传统的芯片架构，受限于电子晶体管大小逼近物理极限。全新计算架构成为破局的关键。光计算以其超高的并行度和速度，被认为是未来颠覆性计算架构的最有力竞争方案之一。

为解决这一国际难题，清华大学团队创造性地提出了模拟电融合模拟光的计算框架，构建可见光下的大规模多层衍射神经网络实现视觉特征提取，利用光电流直接进行基于基尔霍夫定律的纯模拟电子计算，两者集成在同一枚芯片框架内，完成了“传感前+传感中+近传感”的新型计算系统。极大地降低了对于高精度ADC的需求，消除传统计算机视觉处理范式在模数转换过程中速度、精度与功耗相互制约的物理瓶颈，在一枚芯片上突破大规模集成、高效非线性、高速光电接口三个关键瓶颈。

清华攻关团队提出的新型计算架构不仅对于光计算技术的应用部署意义重大，对未来其他高效能计算技术与当前电子信息系统的融合，亦深有启发。

清华大学戴琼海院士、方璐副教授、乔飞副研究员、吴嘉敏助理教授为本文的共同通讯作者；博士生陈一彤、博士生麦麦提·那扎买提、许晗博士为共同一作；孟瑶博士、周天贶助理研究员、博士生李广普、范静涛研究员、魏琦副研究员共同参与了这项研究。

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北京大学

北京大学罗冬根团队在Nature在线发表题为“A single photoreceptor splits perception and entrainment by cotransmission”的研究论文，该研究报道果蝇R8光感受器通过共同传递两种神经递质，组胺和乙酰胆碱来分离图像形成和辐射信号。这种分离在突触后通过表达组胺受体的单柱视网膜定位神经元和表达乙酰胆碱受体的多柱整合神经元进一步建立。

该研究确定了一种在果蝇视觉系统中实现这种分离的机制。一种单一类型的视网膜感光细胞通过在第一个视觉突触共同传递两种神经递质来分离视觉感知和昼夜节律光带，举例说明了视网膜多任务需求的简单而强大的解决方案。该研究表明，视觉感知和昼夜节律光诱导可以早在视觉系统的一级突触中分离，提供了一种简单而强大的机制来实现不同的感觉功能。此外，尽管神经递质的共传递或共释放是大脑研究中的一个新兴原理，但其行为意义在很大程度上仍然未知。该研究发现，来自相同感光细胞的共传递能够将不同的视觉特征分离并转化为不同的行为，这也为理解神经系统的这一关键、不可或缺的方面奠定了基础。

罗冬根研究员为该论文通讯作者；晓娜博士（2016级前沿交叉学科研究院博士生）、徐爽（2020级生科院博士生）、李泽楷（2022级生科院博士生）为该文共同第一作者；前实验室成员唐敏博士（Southwestern University）和李梦彤博士（Columbia University）、杨甜（2018级生科院博士生）、马思行（2020级生科院博士生）、王鹏浩（2019级生科院博士生）、毛仁波博士（北京脑科学与类脑研究所）、Ajay Sunilkumar（Université Paris-Saclay）、François Rouyer教授（Université Paris-Saclay）和曹丽慧教授（首都医科大学）为本文做出重要贡献。

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