我国科学家突破柔性电子技术瓶颈 全球首款全柔性智能芯片问世

(问题)随着智能终端向“贴身化、分布式、实时化”发展,人工智能正加速与物联网、具身智能等形态融合,计算需求从云端延伸至边缘。

大量应用场景不再是标准平整的电路板,而是人体皮肤、衣物织物、软体结构和复杂曲面设备。

这类场景对芯片提出新的约束:不仅要算得动、算得省,还要贴得住、弯得起、经得住长期形变。

传统硅基刚性芯片难以在贴合人体或可变形结构中稳定部署,成为可穿戴与柔性智能装备规模化落地的一道“硬门槛”。

(原因)过去一段时间,柔性电子虽在传感与显示等领域形成积累,但用于高性能智能计算仍面临先天掣肘:一是柔性器件的工作频率与可靠性常受材料与工艺限制,难以支撑数据密集型推理;二是功耗与散热约束更为严苛,可穿戴设备往往电池体积有限,长时续航与安全温升要求高;三是现有不少柔性处理器在并行计算能力与存储访问效率上不足,面对神经网络等任务时容易出现“算力不够、能耗过高、响应不及时”的矛盾。

归根结底,柔性形态与高效计算之间长期存在“性能—功耗—形变适应性”的三角难题。

(影响)在这一背景下,清华大学、北京大学等机构科研人员基于国产工艺研制出FLEXI系列全柔性数字型存算一体芯片,为柔性计算硬件提供新的技术路径。

该系列芯片采用低温多晶硅薄膜晶体管,器件形态薄且可弯折,面向贴附、弯曲等工况具备更强适配性。

更关键的是,芯片引入以全数字静态随机存取存储器为核心的“存算一体”架构,将存储与计算在同一结构内协同完成,减少数据在存储与计算单元之间频繁搬运带来的延迟和能耗,从体系结构层面提高推理效率。

公开信息显示,FLEXI-1最小版本芯片面积约31.12平方毫米,集成晶体管逾万,并可在约55.94微瓦的超低功耗模式下运行。

这意味着在电源受限、对温升敏感的贴身场景中,芯片具备“低功耗持续工作”的应用潜力。

从应用端看,全柔性智能芯片的突破将对多个方向产生带动效应:一是可穿戴健康监测设备可在本地实现更及时的信号处理与异常识别,减少对外部设备与网络的依赖,提升隐私保护与响应速度;二是在柔性机器人、软体执行器等领域,计算单元与结构一体化的可能性提升,有助于实现更轻量的分布式控制;三是面向复杂曲面装备与新型人机交互终端,柔性计算硬件可与柔性传感、能量采集等模块协同,推动从“柔性感知”向“柔性感知+柔性决策”升级。

更长远看,这类技术可能成为边缘智能硬件形态演进的重要支点,为未来多场景智能终端提供更丰富的设计空间。

(对策)要让实验室成果更快走向产业应用,还需在技术与生态层面同步发力:其一,围绕弯折疲劳、湿热环境、长期稳定性等实际使用工况开展系统验证,建立面向柔性计算芯片的可靠性评价体系;其二,完善从芯片、封装到系统集成的协同设计能力,解决柔性基底、互连与封装对性能与寿命的影响;其三,推动软硬件协同优化,面向存算一体架构开发更适配的模型压缩、量化与推理部署方案,使算法效率与硬件特性相互匹配;其四,进一步夯实国产工艺与供应链配套能力,通过标准化与模块化降低系统集成门槛,促进在医疗健康、工业巡检、康复辅具等领域形成示范应用。

(前景)业内认为,边缘智能的竞争不仅是算力规模的竞争,更是“在约束条件下高效计算能力”的竞争。

全柔性存算一体芯片把形态适配、能效提升与体系结构创新结合起来,为柔性电子从“能用”迈向“好用、耐用、可规模化”提供了重要支撑。

随着柔性材料、低功耗电路、异构集成及面向场景的算法持续迭代,未来有望形成覆盖传感—计算—通信的一体化柔性系统,推动可穿戴设备从单点功能走向连续监测与主动干预,推动柔性机器人从简单动作走向更高水平的环境适应与协同作业。

在国际竞争加剧和产业链重构背景下,此类面向新形态终端的关键硬件突破,也将为我国在新一代智能硬件赛道上争取更多主动权。

柔性芯片的成功研制标志着我国在芯片创新领域迈上了新的台阶。

这不仅是一项技术突破,更是对未来智能硬件发展方向的一次重要探索。

随着柔性人工智能芯片的不断完善和应用推广,必将为可穿戴设备、柔性机器人、智能医疗等产业注入新的活力,推动人工智能技术更加贴近人们的日常生活。

面向未来,我们有理由期待,这类创新芯片将在更多领域发挥关键作用,助力我国在新一轮科技革命中抢占先机。