网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

首款神经动力学芯片问世!为脑机接口打开全新想象空间

0
分享至

大脑皮层表面那层复杂的沟回褶皱,想要在计算机里实时重建,过去需要昂贵的大型计算设备离线运算良久。如今,这一局面被一颗拇指大小的芯片改写。北京大学集成电路学院教授杨玉超团队联合中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员宋志棠团队,成功研制出全球首款基于相变忆阻器的神经动力学系统芯片,首次将这类复杂运算的单步时延压缩至2.12毫秒,在脑皮层重建等任务中较目前先进图形处理器(GPU)提速达50至478倍,一举突破了制约神经动力学长达半个世纪的实时计算瓶颈。相关成果3日凌晨发表于《科学》。

杨玉超告诉记者,要让机器像大脑那样实时建模和理解物理世界,需要一种将神经网络与微分方程相结合的“神经动力学系统”。它能在不完整、带噪声的数据中重建出平滑精确的三维脑结构,应用潜力巨大。然而,传统计算架构存在一个核心瓶颈:存储与计算分离,求解过程中海量的中间变量在内存和处理器之间反复“奔波”,如同一个庞大的数据工厂,大量时间被浪费在搬运路途中,不仅延迟巨大,功耗也居高不下。

面对这一难题,研究团队从忆阻器本身的物理特性里找到了破局答案。他们利用相变存储器独特的“电导漂移”现象——在一定时间窗口内,其电导变化是可预测、可精准调控的。基于此,团队提出“可控存内计算”新范式,通俗地讲,原本需要复杂数字电路反复执行的运算、缓存访问、数据搬运等工作,现在交给了器件自身的物理规律去“跑”。

更值得关注的是,团队还将神经网络权重映射到相变存储器的多级电导态上,在同一个阵列内同步完成矩阵乘加运算。两大核心计算任务由此被统一集成在总面积仅0.28平方毫米的存算阵列中。这颗采用40纳米工艺的芯片实现了2.12毫秒的单次迭代时延,首次将神经动力学硬件推入毫秒时代。

“性能表现令人振奋。”杨玉超表示,在同等运算下,该芯片较当前最先进的专用加速器速度提升3.82至36.27倍,功耗大幅降低;在脑皮层表面高保真重建任务中,该芯片较国外先进GPU提速达478.18倍。重建出的脑皮层网格平滑、拓扑一致,能精准刻画复杂的褶皱结构,并有效抑制传统方法中的伪影和自相交缺陷。

杨玉超说,这一突破为脑机接口和脑疾病诊疗开启了全新想象空间。未来,个体化、动态化的脑数字孪生成为可能,术中神经导航、阿尔茨海默病早筛及个性化干预等,将获得可实时运行的硬件底座。

●新知解码

什么是“可控存内计算”

如果把传统计算机比作一间办公室,处理器是坐在中央的“计算员”,存储器则是满墙的“档案柜”。每次计算,计算员都得起身取数据,算完再回去——时间都花在了路上。这就是著名的“冯·诺依曼瓶颈”:存储与计算分离,数据搬运拖垮效率。

“存内计算”思路直接:让档案柜自己学会算账。数据不再需要搬来搬去,而是在存储单元内部原地完成计算。这听起来完美,但实现起来困难重重——存储单元天生只会“记”,让它同时“算”,还得算得准、算得稳,已是很大的挑战。

更大的难题在于“可控”。计算时很多任务需要动态调整、相机判断。如何让一堆物理器件具备“临场应变”能力,是存内计算走向现实的关键门槛。

突破口来自一个“反科学直觉”的思路:利用器件电导会规律性漂移这一曾被视作“缺陷”的特性。如果摸清它的变化轨道,这种漂移就能被驯化为计算能力——不再用数字电路反复读写比较,而是让物理过程本身完成运算。

这便是“可控存内计算”的核心思想:让存储单元在“记”的同时,按设计者设定的方式、在可约束的范围内完成“算”。存储即计算,且整个过程精准可控。基于这一范式研制的芯片,能将复杂运算压缩到毫秒级别,能效提升数十甚至数百倍。

来源:光明日报

编辑:柯欣

审核:王汝霖

欢迎投稿

关注我们了解更多资讯

《中国科技信息》杂志社

主管单位:中国科学技术协会

主办单位:中国科技新闻学会

在线投稿平台:www.cnkjxx.com

新媒体内容合作联系微信:cnkjxx1989

杂志收录情况:《中国知网》《中国期刊核心期刊(遴选)数据库》《中国学术期刊综合评价数据库(CAJCED)统计源期刊》《中国期刊全文数据库(CJFD)》《中国科协、中国图书馆学会(解读科学发展观推荐书目)》

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
再见!八村塁+詹姆斯!森林狼真绝啊……

再见!八村塁+詹姆斯!森林狼真绝啊……

体育新角度
2026-07-06 22:10:28
中国成功试射潜射战略导弹 王强:“美俄提前获知”

中国成功试射潜射战略导弹 王强:“美俄提前获知”

看看新闻Knews
2026-07-06 18:10:29
苏州遇难母子找到了!官媒再曝猛料,丈夫让二人下车,遭受网暴

苏州遇难母子找到了!官媒再曝猛料,丈夫让二人下车,遭受网暴

小鋭有话说
2026-07-06 13:41:59
京东员工:太吓人了。一位律师透露,某大厂竞业营收破亿

京东员工:太吓人了。一位律师透露,某大厂竞业营收破亿

蚂蚁大喇叭
2026-07-06 18:58:36
猪价再回10元时代

猪价再回10元时代

财联社
2026-07-06 17:46:05
暴雨橙色预警持续,交通运输部维持强降雨二级防御响应

暴雨橙色预警持续,交通运输部维持强降雨二级防御响应

界面新闻
2026-07-06 11:26:37
湖北“职业背债人”西安登陆,20万元骗350万房,又抵押贷款600万

湖北“职业背债人”西安登陆,20万元骗350万房,又抵押贷款600万

打破砂锅
2026-07-06 18:10:17
挪威队主帅:这是一个糟糕、糟糕、糟糕、糟糕、糟糕的决定

挪威队主帅:这是一个糟糕、糟糕、糟糕、糟糕、糟糕的决定

澎湃新闻
2026-07-06 19:00:07
晋级后哈兰德连发5条中文动态,配乐尤爱伍佰《挪威的森林》:我们还没到回家的时候;回应淘汰巴西:可能是挪威历史上最疯狂的一天

晋级后哈兰德连发5条中文动态,配乐尤爱伍佰《挪威的森林》:我们还没到回家的时候;回应淘汰巴西:可能是挪威历史上最疯狂的一天

大风新闻
2026-07-06 15:37:03
与门将互呛、微笑飞吻……内马尔点球破门后的举动惹巴西球迷怒骂:比分落后还想着耍威风

与门将互呛、微笑飞吻……内马尔点球破门后的举动惹巴西球迷怒骂:比分落后还想着耍威风

红星新闻
2026-07-06 13:46:29
突发!广西宾阳甘棠镇新兴街洪水淹至二楼,一条求助视频登上热搜

突发!广西宾阳甘棠镇新兴街洪水淹至二楼,一条求助视频登上热搜

火山詩话
2026-07-06 13:19:15
继床照后,司晓迪再爆鹿晗亲密视频!更多细节被扒,越来越荒唐

继床照后,司晓迪再爆鹿晗亲密视频!更多细节被扒,越来越荒唐

林轻吟
2026-07-06 16:55:50
现在我们终于明白了,为什么要把各企业退休人员划归社区管理

现在我们终于明白了,为什么要把各企业退休人员划归社区管理

白浅娱乐聊
2026-07-06 19:13:48
吓死了!恩德里克获得单刀时,哈兰德已经绝望抱头

吓死了!恩德里克获得单刀时,哈兰德已经绝望抱头

懂球帝
2026-07-06 18:11:05
人只吃兔子肉真会饿死?答案是:真的!而且吃得越多死得越快

人只吃兔子肉真会饿死?答案是:真的!而且吃得越多死得越快

铭记历史呀
2026-07-06 10:16:39
前主席布拉特公开指责FIFA:足球绝不能成为权力的游乐场

前主席布拉特公开指责FIFA:足球绝不能成为权力的游乐场

懂球帝
2026-07-06 17:08:18
中国男篮,还活着

中国男篮,还活着

中国新闻周刊
2026-07-06 18:20:18
日本祖先真相大白,不是徐福后代,DNA检测让日本人无法接受

日本祖先真相大白,不是徐福后代,DNA检测让日本人无法接受

抽象派大师
2026-07-05 03:47:07
你的中锋190cm?身高201cm的丹-伯恩完成职业生涯世界杯首秀

你的中锋190cm?身高201cm的丹-伯恩完成职业生涯世界杯首秀

懂球帝
2026-07-06 10:54:17
雷军高调宣布:小米自研,再获第一!网友调侃:“100%再生”是名称还是目标?

雷军高调宣布:小米自研,再获第一!网友调侃:“100%再生”是名称还是目标?

大白聊IT
2026-07-06 18:24:10
2026-07-07 01:20:49
中国科技信息 incentive-icons
中国科技信息
《中国科技信息》杂志由中国科协主管、中国科技新闻学会主办
526文章数 40关注度
往期回顾 全部

科技要闻

你在笑机器人摔跤,工程师在想怎么不砸死人

头条要闻

19岁大学生立遗嘱将2000万财产留给发小 原因令人唏嘘

头条要闻

19岁大学生立遗嘱将2000万财产留给发小 原因令人唏嘘

体育要闻

世界杯最强17岁,贝林厄姆主动和他交换球衣

娱乐要闻

继床照后,司晓迪再爆鹿晗亲密视频

财经要闻

特朗普,从“霸凌全班”到“克己复礼”

汽车要闻

重新定义出行美学 吉利银河TT首发亮相/或8月上市

态度原创

游戏
艺术
教育
数码
公开课

《龙之信条2:黑暗觉者》官方剧情介绍

艺术要闻

静谧与光 | 沉默的画家维尔海姆·哈默修伊

教育要闻

百年名校+新晋黑马!这对“神秘组合”,清北和增值率出圈!

数码要闻

17999元 联想YOGA AI Mini主机上新:Ultra X7 358H、64GB大内存

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版