廣東
芯片領域傳來新突破。
據最新消息，北京大學集成電路學院教授楊玉超團隊聯合中國科學院研發出全球首款憶阻器神經動力學芯片，相關研究成果已經登上《科學》期刊。楊玉超表示，這一突破為腦機接口和腦疾病診療開啟了全新想象空間。
當前，腦機接口產業熱度正持續攀升，相關技術在醫療健康領域的應用規模增長較快。據麥肯錫測算，全球腦機接口在醫療應用領域的2030年市場規模有望達到400億美元，到2040年突破1450億美元，市場發展潛力較大。
全球首款
7月4日，據光明日報報道，北京大學集成電路學院教授楊玉超團隊聯合中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員宋志棠團隊，成功研制出全球首款基于相變憶阻器的神經動力學系統芯片，首次將這類復雜運算的單步時延壓縮至2.12毫秒，在腦皮層重建等任務中較目前先進圖形處理器（GPU）提速達50至478倍，一舉突破了制約神經動力學長達半個世紀的實時計算瓶頸。相關成果3日凌晨發表于《科學》。
楊玉超表示，要讓機器像大腦那樣實時建模和理解物理世界，需要一種將神經網絡與微分方程相結合的“神經動力學系統”。它能在不完整、帶噪聲的數據中重建出平滑精確的三維腦結構，應用潛力巨大。
然而，傳統計算架構存在一個核心瓶頸：存儲與計算分離，求解過程中海量的中間變量在內存和處理器之間反復奔波，如同一個龐大的數據工廠，大量時間被浪費在搬運路途中，不僅延遲巨大，功耗也居高不下。
面對這一難題，研究團隊從憶阻器本身的物理特性里找到了破局答案。他們利用相變存儲器獨特的“電導漂移”現象——在一定時間窗口內，其電導變化是可預測、可精準調控的。
基于此，團隊提出“可控存內計算”新范式，將動力學系統求解中最耗時的自適應步長搜索，直接編碼為器件的物理電導演化過程，在存儲單元內部原地完成計算。通俗地講，原本需要復雜數字電路反復執行的運算、緩存訪問、數據搬運等工作，現在交給了器件自身的物理規律去“跑”。
更值得關注的是，團隊還將神經網絡權重映射到相變存儲器的多級電導態上，在同一個陣列內同步完成矩陣乘加運算。
兩大核心計算任務由此被統一集成在總面積僅0.28平方毫米的存算陣列中。這顆采用40納米工藝的芯片運行頻率為50兆赫茲，單步積分僅需9級流水線，最終實現2.12毫秒的單次迭代時延，首次將神經動力學硬件推入毫秒時代。
“性能表現令人振奮。”楊玉超表示，在同等運算下，該芯片較當前最先進的專用加速器速度提升3.82倍至36.27倍，功耗降低11.75至24.73倍；在腦皮層表面高保真重建任務中，甚至比NVIDIA A100 GPU提速高達478.18倍。重建出的腦皮層網格平滑、拓撲一致，能精準刻畫復雜的褶皺結構，并有效抑制傳統方法中的偽影和自相交缺陷。
楊玉超說，這一突破為腦機接口和腦疾病診療開啟了全新想象空間。未來，個體化、動態化的腦數字孿生成為可能，術中神經導航、阿爾茨海默癥早篩及個性化干預等，將獲得可實時運行的硬件底座。
腦機接口賽道加速爆發
腦機接口是連接人腦與外部設備的新型人機交互技術，也是當前全球科技競爭的前沿領域。這一技術可以構建大腦與機器的直接信息通路，實現神經信號的讀取、解碼與寫入，推動碳基生物智慧與硅基人工智能深度融合。
今年以來，腦機接口產業迎來了前所未有的熱度。3月，“腦機接口”首次寫入政府工作報告，與未來能源、量子科技、具身智能、6G并列，被明確為培育發展的未來產業之一。
2025年北京、上海、山東已經出臺了腦機接口專項政策。今年以來，廣東、江蘇、天津也相繼推出了腦機接口相關專項政策。
中國信息通信研究院預測，2025年我國腦機接口市場規模約為30億元，2030年預計將達到120億元。
從腦機產業鏈價值分布來看，上游的電極、芯片等核心器件構筑較高的技術壁壘，是產業的價值高地；中游的系統集成與解決方案是實現技術向產品轉化的關鍵中樞；下游多元化應用是產業增長的核心引擎，隨著下游應用環節逐步成熟，市場有望從百億級向千億級發展。
下游應用方面，醫療健康領域增長最快，據麥肯錫測算，全球腦機接口在醫療應用領域的2030年市場規模有望達到400億美元，到2040年突破1450億美元，市場發展潛力較大。
來源：券商中國
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責編：周莎
校對：呂久彪
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