維信諾-清華北大開(kāi)發(fā)全球首款柔性存算一體芯片亮相《Nature》

1月28日，清華大學(xué)聯(lián)合北京大學(xué)與維信諾合作開(kāi)發(fā)的世界首款柔性存算芯片——FLEXI，在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》（Nature）上發(fā)表。這標(biāo)志著我國(guó)在柔性電子與邊緣人工智能硬件領(lǐng)域取得重要突破，填補(bǔ)了高性能柔性AI計(jì)算芯片的技術(shù)空白，為下一代智能硬件開(kāi)啟了無(wú)限可能。

當(dāng)前，人工智能正與物聯(lián)網(wǎng)、具身智能深度融合，從可穿戴健康監(jiān)護(hù)到柔性機(jī)器人，從環(huán)境智能感知到嵌入式設(shè)備，無(wú)不呼喚著輕量、高能效且能與復(fù)雜形態(tài)共融的計(jì)算硬件。然而，傳統(tǒng)硅基芯片堅(jiān)硬、不可彎曲的特性，使其難以無(wú)縫貼合人體皮膚或植入設(shè)備曲面。而此前已有的柔性處理器，又普遍面臨算力有限、能耗較高、難以并行處理數(shù)據(jù)等瓶頸，無(wú)法勝任如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理這類對(duì)算力要求密集的智能任務(wù)。

如何打造一個(gè)既能高效運(yùn)行AI算法，又兼具超薄、可彎曲、高可靠性的“大腦”？FLEXI芯片的誕生，為這一問(wèn)題提供了突破性答案。

當(dāng)“柔性”

首次擁抱強(qiáng)大“算力”

FLEXI芯片采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）低溫多晶硅（LTPS）工藝，可直接在柔性基底上制造，兼具低功耗、低成本和高集成度優(yōu)勢(shì)。

柔性芯片實(shí)物圖與三維結(jié)構(gòu)示意圖

該芯片通過(guò)工藝革新增加金屬層數(shù)，突破了傳統(tǒng)柔性電子難以支持復(fù)雜芯片互聯(lián)的難題；創(chuàng)新采用數(shù)字“存內(nèi)計(jì)算”架構(gòu)，解決了傳統(tǒng)計(jì)算中數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)與處理器間“疲于奔命”的瓶頸，將計(jì)算融入存儲(chǔ)單元，大幅提升了運(yùn)算速度與能效，使柔性芯片的算力首次躍升到能夠本地、實(shí)時(shí)運(yùn)行人工智能模型的水平。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)橫跨工藝、電路與算法多個(gè)層級(jí)的協(xié)同優(yōu)化，這款芯片在超過(guò)4萬(wàn)次彎折后仍能穩(wěn)定運(yùn)行，在超百億次運(yùn)算中做到零錯(cuò)誤，且在2.5-5.5V電壓波動(dòng)、-40℃至80℃的溫度變化、90%的相對(duì)濕度乃至紫外線環(huán)境下都保持了穩(wěn)定狀態(tài)。應(yīng)用驗(yàn)證方面，該芯片已成功實(shí)現(xiàn)心律失常檢測(cè)（準(zhǔn)確率99.2%）與人體活動(dòng)分類（準(zhǔn)確率97.4%）等任務(wù)，展示了其在低功耗條件下開(kāi)展本地智能處理的應(yīng)用潛力，讓柔性電子真正從“能感知”走向“能思考”。

專家點(diǎn)評(píng)指出，該技術(shù)填補(bǔ)了柔性電子領(lǐng)域AI專用計(jì)算硬件的空白。未來(lái)通過(guò)新型半導(dǎo)體材料應(yīng)用、功率門控技術(shù)優(yōu)化等，有望進(jìn)一步提升性能。若能持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)良率與芯片尺寸，將推動(dòng)可穿戴健康設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)終端等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)升級(jí)與技術(shù)革新。——《自然》期刊對(duì)該研究的評(píng)論

筑牢產(chǎn)業(yè)基石：

從工藝創(chuàng)新到制造落地

作為柔性顯示領(lǐng)軍企業(yè)，維信諾為FLEXI芯片的成功研制與落地提供了關(guān)鍵的產(chǎn)業(yè)化支撐與核心工藝平臺(tái)。

全國(guó)產(chǎn)工藝制造：FLEXI芯片基于維信諾自主的CMOS LTPS 面板工藝制造，成功打通了適用于存算芯片設(shè)計(jì)的特殊工藝路線，證明了采用面板工藝制備高性能柔性集成電路的可行性，為柔性電子奠定了堅(jiān)實(shí)的工藝基礎(chǔ)。

全流程交付與驗(yàn)證：自2022年8月啟動(dòng)，在清華大學(xué)主導(dǎo)下，維信諾和清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)用兩年時(shí)間共同完成了從芯片設(shè)計(jì)支持到制造、交付的全流程，通過(guò)多次工藝迭代優(yōu)化，確保芯片性能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，并協(xié)助清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)順利完成后續(xù)環(huán)境可靠性測(cè)試環(huán)節(jié)，進(jìn)一步驗(yàn)證了芯片的穩(wěn)定性和適用性。

賦能“從實(shí)驗(yàn)室到應(yīng)用”：此次合作不僅實(shí)現(xiàn)了柔性芯片的研制，更驗(yàn)證了將復(fù)雜IC功能模塊向柔性面板端轉(zhuǎn)移的可行路徑，積累了“工藝-電路-設(shè)計(jì)”協(xié)同優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，為未來(lái)更多柔性智能器件的快速開(kāi)發(fā)與規(guī)模量產(chǎn)鋪平了道路，將有力推動(dòng)柔性電子技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向廣泛應(yīng)用。

FLEXI芯片的成功，不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)的突破，更指向一個(gè)柔性智能無(wú)處不在的未來(lái)：智能醫(yī)療領(lǐng)域，像創(chuàng)可貼一樣貼附的監(jiān)測(cè)設(shè)備，可全天候、實(shí)時(shí)分析心電、腦電等生理信號(hào)，實(shí)現(xiàn)個(gè)人健康的前瞻性管理；柔性機(jī)器人領(lǐng)域，在機(jī)器人關(guān)節(jié)、靈巧手等部位植入柔性芯片，使其在動(dòng)態(tài)彎曲中仍能保持穩(wěn)定、智能的控制與決策；泛在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，通過(guò)低成本、可大面積部署的柔性智能貼片，將智能感知與計(jì)算能力賦能于任何表面，開(kāi)啟環(huán)境智能交互的新模式；面向下一代人機(jī)交互，該芯片為柔性顯示、可折疊設(shè)備注入本地AI能力，帶來(lái)更智能、更自主的交互體驗(yàn)。

從柔性感知到柔性思考，電子設(shè)備的形態(tài)邊界被徹底打破。未來(lái)，維信諾將繼續(xù)深耕柔性技術(shù)，攜手產(chǎn)學(xué)研各界，共同開(kāi)啟萬(wàn)物皆可柔、萬(wàn)物皆可智的新篇章。