democratizing Electronic-Photonic AI Systems: An Open-Source AI-Infused Cross-Layer Co-Design and Design Automation Toolflow

光子技术正成为高性能 AI 系统和科学计算的基石，凭借卓越的速度、并行度和能源效率。尽管如此，电子-光子 AI 系统的设计和部署仍然充满挑战，因为跨多个层次（器件物理、电路设计、系统架构和 AI 算法）的学习曲线较陡。缺乏成熟的电子-光子设计自动化（EPDA）工具链，导致设计周期长且效率低下，限制了跨学科创新和协同演化。在本工作中，我们提出了一个旨在 democratizing 光子 AI 系统开发的跨层协同设计和自动化框架。我们首先介绍面向可扩展光子边缘 AI 和 Transformer 推理的架构设计，随后介绍 SimPhony——一个开源建模工具，用于快速评估和探索 EPIC AI 系统的设计空间。我们 then 重点介绍了 AI 驱动的光子设计自动化进展，包括基于物理的 Maxwell 求解器、制造感知的逆向设计框架以及面向元光学神经网络的可扩展逆向训练算法，构建下一代电子-光子 AI 系统的可扩展 EPDA 堆栈。