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科學(xué)家研發(fā)出柔性存算芯片

發(fā)布時(shí)間：2026-02-05

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

責(zé)任編輯：科普網(wǎng)

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本報(bào)訊（記者陳彬）清華大學(xué)教授任天令團(tuán)隊(duì)研發(fā)了FLEXI——面向邊緣智能加速的柔性數(shù)字存內(nèi)計(jì)算芯片。該芯片兼具輕薄、低成本和高能效等優(yōu)勢(shì)。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《自然》。

該系列芯片包括FLEXI-1（1 kb）、FLEXI-4（4 kb）和FLEXI-32（32 kb）3種規(guī)格，最多集成約26.5萬(wàn)個(gè)晶體管。通過(guò)覆蓋制造工藝、電路結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)的跨層級(jí)協(xié)同優(yōu)化（CLCO）策略，F(xiàn)LEXI實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、高速、并行的點(diǎn)積運(yùn)算，在工藝波動(dòng)與機(jī)械形變條件下仍保持優(yōu)異的精度、面積效率與能效表現(xiàn)。

在體系結(jié)構(gòu)上，F(xiàn)LEXI采用高度可擴(kuò)展的模塊化存算一體架構(gòu)，可高效支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的單指令多數(shù)據(jù)運(yùn)算。為降低神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重反復(fù)寫(xiě)入帶來(lái)的能耗與時(shí)延開(kāi)銷(xiāo)，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同存儲(chǔ)容量設(shè)計(jì)了一組輕量級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)權(quán)重的片上一次性部署。這些模型可在FLEXI芯片上高效處理多種數(shù)據(jù)類(lèi)型，即使在最小規(guī)模的FLEXI-1芯片上也能穩(wěn)定運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)LEXI所采用的6T-SRAM單元具有對(duì)稱(chēng)的電壓傳輸特性和近軌到軌輸出能力，亞穩(wěn)態(tài)電壓增益約為80，實(shí)現(xiàn)可靠的雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)。芯片可在2.5~5.5V電源電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，并在半徑1毫米、180°對(duì)折條件下經(jīng)受超過(guò)4萬(wàn)次彎折循環(huán)而性能無(wú)明顯退化。

在應(yīng)用驗(yàn)證方面，F(xiàn)LEXI可在邊緣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高效、本地化的即時(shí)數(shù)據(jù)解釋。研究團(tuán)隊(duì)將其用于日�；顒�(dòng)的連續(xù)監(jiān)測(cè)與識(shí)別，展示了其在便攜式高保真生理監(jiān)測(cè)和多模態(tài)傳感器內(nèi)計(jì)算中的應(yīng)用潛力。團(tuán)隊(duì)采集了10名受試者在坐姿、步行、慢跑和騎行等狀態(tài)下的心率、呼吸頻率、體溫及皮膚水分等多模態(tài)生理信號(hào)，經(jīng)預(yù)處理后構(gòu)建輕量級(jí)四通道卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并在FLEXI-1上實(shí)現(xiàn)一次性片上部署。通過(guò)量化感知訓(xùn)練，該模型在測(cè)試集上實(shí)現(xiàn)97.4%的分類(lèi)準(zhǔn)確率。

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2026-02-05 第1版要聞)

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