北京
中國新型計算芯片可實時重建大腦結構，助力更快速診斷與手術。
中國研究人員開發出一款能實時構建復雜大腦模型的存儲芯片，這一突破有望改進腦疾病診斷、腦機接口和手術導航。
這款 40 納米芯片由北京大學和中國科學院的研究人員研制，將人工神經網絡直接集成到硬件中。據團隊介紹，它能在不到半秒內重建大腦復雜的折疊表面。
研究人員稱，在該任務中，這款芯片的速度比搭載英偉達 A100 圖形處理器的系統快 50 到 478 倍。性能提升源自存內計算架構，即在同一個存儲陣列中進行數據存儲和計算，減少了因在分離的存儲和處理單元之間搬運數據而產生的延遲。
團隊沒有把相變憶阻器中的“電導漂移”當作缺陷，而是利用這一特性來執行神經動力學計算，從而實現快速且高能效的處理。
研究人員設計這款芯片，是為了解決腦成像中一個長期存在的挑戰：傳統硬件難以跟上重建大腦高度折疊表面所需的海量數據處理速度。更快的處理能力可以讓先進的腦建模在醫院中更實用，因為臨床醫生往往需要快速獲得結果來支持診斷和治療決策。
存儲與計算合二為一
論文第一作者、北京大學集成電路學院教授兼電子與計算機工程學院副院長楊玉超表示，該芯片能精確重建大腦折疊皮層，用于醫療應用。
“這一突破為腦機接口以及腦疾病的診斷和治療開辟了新的可能性，”楊玉超對媒體說。
他補充道：“未來，個性化、動態的數字大腦孿生將成為可能?！睏钣癯€表示，這項技術“為術中神經導航、阿爾茨海默病早期篩查和個性化干預提供了能實時運行的硬件基礎。”
人腦包含復雜的褶皺，可增加其表面積，讓數十億個神經元容納在顱骨內。重建這些結構歷來需要強大的計算系統和冗長的計算，限制了它們在對時間敏感的醫療環境中的應用。
更快速的臨床腦成像
新設計消除了傳統計算機架構中一個最大的瓶頸，即內存和處理器在物理上分離。通過將兩種功能合并在同一芯片上，系統降低了延遲，同時減少了功耗。
在一篇隨附的分析文章中，德國于利希研究中心的研究人員將這種方法比作“在奶牛場直接加工生奶，而不是將其運到工廠”，突顯了在數據存儲處進行計算的高效。
他們寫道，該平臺提供了“毫秒級延遲的高保真計算”，為臨床影像、機器人和具身智能領域的實時應用開辟了道路。這些研究人員還表示，該工作“能在神經外科手術期間實現實時大腦皮層表面追蹤，并可整合到臨床決策中?！?/p>
這項研究發表在《科學》雜志上。
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