可循环弯折超4万次！我国科学家创“创可贴”芯片

当人工智能芯片变得像“创可贴”一样，可随意弯折并柔软贴合身体，那将带来怎样的应用前景？清华大学联合北京大学等合作单位开发出一种柔性数字存内计算芯片FLEXI，是一款高性能柔性存算芯片。该芯片兼具轻薄、低成本和高能效等优势，最多可集成约26.5万个晶体管，在单一柔性基片上实现了SRAM（静态随机存取存储器）存储、计算单元和外围电路的高度集成，为柔性电子器件在移动医疗、嵌入式智能及其他边缘计算场景中的应用奠定基础。这项重要成果近日在国际学术期刊《自然》上发表。

图为高性能柔性存算芯片结构示意与实物图（清华供图）

柔性电子器件因其超薄、轻质、可贴合、可定制及低成本等优势，正加速应用于可穿戴医疗、植入式神经记录、人机交互和物联网等场景。然而，随着柔性多模态传感与本地智能处理需求的快速增长，传统柔性硬件在算力密度、能效与可靠性方面已难以满足高性能边缘智能应用的需求。

清华大学集成电路学院教授任天令介绍，FLEXI采用模块化、可扩展的数字存算架构，支持稳定、高速、并行的点积运算。实验结果表明，这种基于低温多晶硅薄膜晶体管的柔性芯片，可在2.5至5.5伏电源电压范围内稳定工作，并在半径1毫米、180度弯折条件下经受超过4万次弯折循环而性能无明显退化。同时，FLEXI在长时间高频运算中实现零错误运行，整体良率达70%至92%，并具备良好的长期稳定性。

为降低神经网络权重反复写入带来的能耗与时间开销，研究团队还针对不同芯片容量设计了一组轻量级神经网络模型，实现权重的片上一次性部署。结果发现，这些模型可在FLEXI芯片上高效处理心电信号、语音、图像以及多模态生理信号等多种数据类型并实现稳定运行。

图为FLEXI用于日常活动监测与分类的系统流程（清华供图）

柔性芯片是否能像创可贴一样贴在人体表面，用于健康监测？研究人员之后将FLEXI用于日常活动的连续监测与识别，发现其在可穿戴健康监测和多模态传感器内计算中具有应用前景。他们采集了受试者在不同状态下的心率、呼吸频率、体温等多模态生理信号，构建了轻量级四通道卷积神经网络，并实现一次性片上部署。通过量化感知训练，该模型在测试集上实现了97.4%的分类准确率。

任天令说，通过工艺-电路-算法协同优化，FLEXI在高频计算、极端机械应力和加速老化条件下均保持稳定、无误差运行，并展现出超过6个月的长期稳定性。与已报道的柔性计算芯片相比，FLEXI在时钟频率和能效方面均实现数量级提升。高性能、低功耗与优异机械可靠性的结合，使该芯片有望成为面向边缘人工智能应用的极具潜力的柔性计算平台。（记者魏梦佳）

来源 | 新华社

审核 | 陈鹏

编辑 | 郭庆娜

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