大脑皮层表面那层复杂的沟回褶皱，想要在计算机里实时重建，过去需要昂贵的大型计算设备离线运算良久。如今，这一局面被一颗拇指大小的芯片改写。北京大学集成电路学院教授杨玉超团队联合中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员宋志棠团队，成功研制出全球首款基于相变忆阻器的神经动力学系统芯片，首次将这类复杂运算的单步时延压缩至2.12毫秒，在脑皮层重建等任务中较目前先进图形处理器（GPU）提速达50至478倍，一举突破了制约神经动力学长达半个世纪的实时计算瓶颈。相关成果3日凌晨发表于《科学》。
杨玉超告诉记者，要让机器像大脑那样实时建模和理解物理世界，需要一种将神经网络与微分方程相结合的“神经动力学系统”。它能在不完整、带噪声的数据中重建出平滑精确的三维脑结构，应用潜力巨大。然而，传统计算架构存在一个核心瓶颈：存储与计算分离，求解过程中海量的中间变量在内存和处理器之间反复“奔波”，如同一个庞大的数据工厂，大量时间被浪费在搬运路途中，不仅延迟巨大，功耗也居高不下。
面对这一难题，研究团队从忆阻器本身的物理特性里找到了破局答案。他们利用相变存储器独特的“电导漂移”现象——在一定时间窗口内，其电导变化是可预测、可精准调控的。基于此，团队提出“可控存内计算”新范式，通俗地讲，原本需要复杂数字电路反复执行的运算、缓存访问、数据搬运等工作，现在交给了器件自身的物理规律去“跑”。
更值得关注的是，团队还将神经网络权重映射到相变存储器的多级电导态上，在同一个阵列内同步完成矩阵乘加运算。两大核心计算任务由此被统一集成在总面积仅0.28平方毫米的存算阵列中。这颗采用40纳米工艺的芯片实现了2.12毫秒的单次迭代时延，首次将神经动力学硬件推入毫秒时代。
“性能表现令人振奋。”杨玉超表示，在同等运算下，该芯片较当前最先进的专用加速器速度提升3.82至36.27倍，功耗大幅降低；在脑皮层表面高保真重建任务中，该芯片较国外先进GPU提速达478.18倍。重建出的脑皮层网格平滑、拓扑一致，能精准刻画复杂的褶皱结构，并有效抑制传统方法中的伪影和自相交缺陷。
杨玉超说，这一突破为脑机接口和脑疾病诊疗开启了全新想象空间。未来，个体化、动态化的脑数字孪生成为可能，术中神经导航、阿尔茨海默病早筛及个性化干预等，将获得可实时运行的硬件底座。
●新知解码
什么是“可控存内计算”
如果把传统计算机比作一间办公室，处理器是坐在中央的“计算员”，存储器则是满墙的“档案柜”。每次计算，计算员都得起身取数据，算完再回去——时间都花在了路上。这就是著名的“冯·诺依曼瓶颈”：存储与计算分离，数据搬运拖垮效率。
“存内计算”思路直接：让档案柜自己学会算账。数据不再需要搬来搬去，而是在存储单元内部原地完成计算。这听起来完美，但实现起来困难重重——存储单元天生只会“记”，让它同时“算”，还得算得准、算得稳，已是很大的挑战。
更大的难题在于“可控”。计算时很多任务需要动态调整、相机判断。如何让一堆物理器件具备“临场应变”能力，是存内计算走向现实的关键门槛。
突破口来自一个“反科学直觉”的思路：利用器件电导会规律性漂移这一曾被视作“缺陷”的特性。如果摸清它的变化轨道，这种漂移就能被驯化为计算能力——不再用数字电路反复读写比较，而是让物理过程本身完成运算。
这便是“可控存内计算”的核心思想：让存储单元在“记”的同时，按设计者设定的方式、在可约束的范围内完成“算”。存储即计算，且整个过程精准可控。基于这一范式研制的芯片，能将复杂运算压缩到毫秒级别，能效提升数十甚至数百倍。（记者 晋浩天）（光明日报）
美国一客机起飞后因指示灯异常紧急降落；韩国一波音客机引擎起火：边降落边喷火，还传出爆炸声，什么情况？ 据央视新闻1月11日消息，据美国《纽约邮报》报道，当地时间10日，一架飞往芝加哥的美国联合航空公司飞机紧急降落在 【隔夜重磅】 特朗普“带货”卖鞋，一双399美元 据美联社18日消息，美国前总统唐纳德・特朗普近日突然出现在费城会议中心，并推销一款特朗普品牌球鞋，这双鞋定价399美元(约合2800元人民币)，被命名为“永不言败高帮 多地景区人气旺 世界同享中国年 龙年旅游消费迎来火爆开局 本报记者 潘福达 多家景区门票售罄约满、多地酒店“一房难求”、出入境旅游均增长明显……春节假期旅游消费火爆，成为拉动居民消费的主力军。根 中国考古，在许多外国人甚至中国人看来，一度非常神秘。近日记者在与中国考古学家的交流中了解到，从考古技术发展、到公众考古创新，再到中外考古交流，中国正不断构建具有中国特色、中国风格、中国气派的考古 中国经济导报、中国发展网讯 为加快构建“一区三圈四园”产业发展新格局，发挥商务楼宇安商引商的引擎作用，2月21日，《海口市秀英区促进楼宇经济高质量发展扶持政策（试行）》（以下简称《扶持政策》）发布实施， 中新经纬2月22日电 据中国执行信息公开网消息，西王集团有限公司(以下简称“西王集团”)、西王国际贸易(青岛)有限公司、王勇、王棣、王伟2月20日被青岛市中级人民法院执行超3.3亿，案号为(2024)鲁02执383号。 来 。本文链接：首款神经动力学芯片问世 有助于脑机接口等技术发展http://www.sushuapos.com/show-5-107372-0.html
声明：本网站为非营利性网站，本网页内容由互联网博主自发贡献，不代表本站观点，本站不承担任何法律责任。天上不会到馅饼，请大家谨防诈骗！若有侵权等问题请及时与本网联系，我们将在第一时间删除处理。
上一篇： 职业伤害保障推广全国：让“就业海绵”吸得住人，保障是关键一环
下一篇： 南瓜暗藏毒品 海关查获超188公斤冰毒