“能屈能伸”柔性AI芯片：55.94微瓦超低功耗，4萬次彎折性能無衰減

隨著人工智能與物聯網、具身智能的深度融合，市場對輕量、高效、柔性的智能計算硬件需求日益迫切。傳統基于硅基的剛性芯片因難以貼合人體曲面或復雜設備表面，限制了其在可穿戴設備和柔性機器人等領域的應用。而現有柔性處理器則普遍受限于低工作頻率、高能耗及缺乏并行計算能力，難以勝任神經網絡推理等數據密集型任務。

近日，中國科研人員在人工智能與柔性電子技術領域取得重大突破。

北京時間1月29日，清華大學、北京大學等機構聯合在英國《自然》雜志上發表論文，宣布成功研發出全柔性人工智能芯片——FLEXI系列。這一成果為可穿戴健康監測設備、柔性機器人及腦機接口等前沿智能應用提供了關鍵硬件支撐，標志著中國在柔性電子技術領域邁出了重要一步。

技術突破在哪？

FLEXI芯片的技術突破體現在多個方面。首先，其基于低溫多晶硅薄膜晶體管技術，實現了芯片的極致輕薄與柔韌性。最小版本的FLEXI-1芯片面積僅31.12平方毫米，集成10628個晶體管，可在超低功耗模式下運行，功耗低至55.94微瓦。

其次，FLEXI芯片采用了以全數字靜態隨機存取存儲器為核心的“存算一體”架構。這一設計相當于將“記憶單元”和“計算單元”合二為一，省去了來回搬運數據的時間和能耗，大幅提升了計算效率。此外，該芯片還支持神經網絡壓縮與一鍵部署，進一步增強了其智能處理能力。

在性能測試中，FLEXI芯片表現卓越。它可承受超過4萬次180度彎曲（彎曲半徑1毫米）而性能無衰減，功耗波動小于3.5%，并在長達6個月的持續運行中保持穩定。這些特性使得FLEXI芯片在可穿戴健康監測、柔性機器人及腦機接口等領域具有廣泛應用前景。

應用場景廣泛

FLEXI芯片的應用場景十分廣泛。在可穿戴健康監測領域，單個容量僅1千比特的柔性芯片即可實現99.2%準確率的心律失常檢測，為遠程醫療和健康管理提供了有力支持。在日常活動監測中，結合4通道EDCNN模型，該芯片對坐、站、走、跑等動作分類準確率達97.4%，展現了其在運動監測和康復訓練領域的潛力。

此外，FLEXI芯片還可應用于柔性機器人和腦機接口等領域。其超低功耗和高能效特性使得柔性機器人能夠更長時間地自主運行，而高魯棒性和低成本則降低了腦機接口技術的門檻，為殘疾人輔助設備和神經科學研究提供了新的可能。

清華大學集成電路學院 2021 級博士生閆岸之、2021 級碩士生閆澗瀾、2022 級碩士生沈鵬輝，以及北京大學集成電路學院 2023 級博士生符一涵為論文共同第一作者；清華大學集成電路學院任天令教授、清華大學信息國家研究中心劉厚方副研究員及北京大學人工智能研究院燕博南助理教授為共同通訊作者，清華大學集成電路學院楊軼副教授等為論文共同作者。清華大學為本論文的第一單位。該研究得到國家自然科學基金委員會、科技部、北京信息科學與技術國家研究中心及北京市自然科學基金委員會等機構的支持。