中国新型计算芯片可实时重建大脑结构，助力更快速诊断与手术。

中国研究人员开发出一款能实时构建复杂大脑模型的存储芯片，这一突破有望改进脑疾病诊断、脑机接口和手术导航。

这款 40 纳米芯片由北京大学和中国科学院的研究人员研制，将人工神经网络直接集成到硬件中。据团队介绍，它能在不到半秒内重建大脑复杂的折叠表面。

研究人员称，在该任务中，这款芯片的速度比搭载英伟达 A100 图形处理器的系统快 50 到 478 倍。性能提升源自存内计算架构，即在同一个存储阵列中进行数据存储和计算，减少了因在分离的存储和处理单元之间搬运数据而产生的延迟。

团队没有把相变忆阻器中的“电导漂移”当作缺陷，而是利用这一特性来执行神经动力学计算，从而实现快速且高能效的处理。

研究人员设计这款芯片，是为了解决脑成像中一个长期存在的挑战：传统硬件难以跟上重建大脑高度折叠表面所需的海量数据处理速度。更快的处理能力可以让先进的脑建模在医院中更实用，因为临床医生往往需要快速获得结果来支持诊断和治疗决策。

存储与计算合二为一

论文第一作者、北京大学集成电路学院教授兼电子与计算机工程学院副院长杨玉超表示，该芯片能精确重建大脑折叠皮层，用于医疗应用。

“这一突破为脑机接口以及脑疾病的诊断和治疗开辟了新的可能性，”杨玉超对媒体说。

他补充道：“未来，个性化、动态的数字大脑孪生将成为可能。”杨玉超还表示，这项技术“为术中神经导航、阿尔茨海默病早期筛查和个性化干预提供了能实时运行的硬件基础。”

人脑包含复杂的褶皱，可增加其表面积，让数十亿个神经元容纳在颅骨内。重建这些结构历来需要强大的计算系统和冗长的计算，限制了它们在对时间敏感的医疗环境中的应用。

更快速的临床脑成像

新设计消除了传统计算机架构中一个最大的瓶颈，即内存和处理器在物理上分离。通过将两种功能合并在同一芯片上，系统降低了延迟，同时减少了功耗。

在一篇随附的分析文章中，德国于利希研究中心的研究人员将这种方法比作“在奶牛场直接加工生奶，而不是将其运到工厂”，突显了在数据存储处进行计算的高效。

他们写道，该平台提供了“毫秒级延迟的高保真计算”，为临床影像、机器人和具身智能领域的实时应用开辟了道路。这些研究人员还表示，该工作“能在神经外科手术期间实现实时大脑皮层表面追踪，并可整合到临床决策中。”

这项研究发表在《科学》杂志上。

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