北大與中科院突破腦部成像晶片，即時運算速度超越NVIDIA A100達478倍

記憶體與運算融合的突破

北京大學與中國科學院研究團隊近日開發出一款具有劃時代意義的腦部成像晶片。這款採用40奈米製程的記憶體晶片，將人工神經網路直接整合於硬體架構中，可在不到半秒的時間內即時重建大腦複雜的折疊皮質表面——一項傳統電腦系統往往需要數分鐘才能完成的任務。

北京大學集成電路學院教授楊玉超（Yang Yuchao）是本項研究的第一作者。他表示，該晶片能夠精確重建大腦折疊皮質，效能相較於搭載NVIDIA A100繪圖處理器的系統提升50至478倍。

關鍵創新：消除資料傳輸瓶頸

傳統電腦架構中，記憶體與處理器物理分離，資料需要在兩者之間往返傳輸，造成顯著的延遲與功耗損失。本研究突破此限制，採用「記憶體內運算」（computing-in-memory）架構——將資料儲存與運算整合在同一記憶體陣列中。

更具創意的是，研究團隊並未將相變記憶體電阻中的「電導漂移」現象視為缺陷，反而巧妙利用此物理特性執行神經動態運算，實現了既快速又節能的處理效能。這種設計理念徹底改變了傳統硬體優化的思路。

臨床應用的廣闊前景

楊玉超在接受官媒《光明日報》採訪時表示：「這項突破為腦機介面以及腦部疾病的診斷與治療開創了全新的可能性。」他進一步指出，未來將實現個人化、動態的數位大腦孿生，並為術中神經導航、阿茲海默症早期篩查及個人化介入治療提供可即時運行的硬體基礎。

人類大腦含有極其複雜的折疊結構，這些皺褶增加了大腦的表面積，使數十億個神經元得以容納於顱骨之內。傳統上，重建這些結構需要強大的運算系統和冗長的計算過程，往往無法在時間敏感的醫療環境中實現即時應用。該晶片的出現，直接解決了這一長期瓶頸。

國際認可與未來展望

德國于利希研究中心的研究人員在同步分析文章中，將此創新比喻為「在乳牛場直接加工原乳，而非將其運送至工廠」，藉此凸顯在資料儲存處所直接進行運算的效率優勢。他們表示，該平台能實現「毫秒級延遲的高保真計算」，為臨床成像、機器人技術及具身智能的即時應用開闢了道路。

研究人員也指出，這項成果有望實現神經外科手術中皮質表面的即時追蹤，並可整合至臨床決策流程之中。本研究已發表於國際頂尖學術期刊《科學》（Science）。