腦機(jī)接口行業(yè)市場深度調(diào)研及未來發(fā)展趨勢預(yù)測報(bào)告 世界首款！清華大學(xué)芯片取得突破

• 李波 2024年5月31日 來源：中研普華集團(tuán)、央視財(cái)經(jīng)、中研網(wǎng) 1465 97
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清華大學(xué)依托精密儀器系的類腦計(jì)算研究中心施路平教授團(tuán)隊(duì)，提出一種基于視覺原語的互補(bǔ)雙通路類腦視覺感知新范式，研制出世界首款類腦互補(bǔ)視覺芯片“天眸芯”。

近日，清華大學(xué)在類腦視覺感知芯片領(lǐng)域取得重要突破：

清華大學(xué)依托精密儀器系的類腦計(jì)算研究中心施路平教授團(tuán)隊(duì)，提出一種基于視覺原語的互補(bǔ)雙通路類腦視覺感知新范式，研制出世界首款類腦互補(bǔ)視覺芯片“天眸芯”。基于該研究成果的論文《面向開放世界感知、具有互補(bǔ)通路的視覺芯片》(A Vision Chip with Complementary Pathways for Open-world Sensing)作為封面文章，登上5月30日的《自然》雜志。

這是該團(tuán)隊(duì)繼異構(gòu)融合類腦計(jì)算“天機(jī)芯”后第二次登上 《自然》 雜志封面，標(biāo)志著在類腦計(jì)算和類腦感知兩個(gè)方向上均取得重要突破。

這一成果與我們的日常生活有哪些關(guān)系?據(jù)介紹，隨著人工智能的飛速發(fā)展，無人駕駛和具身智能等無人系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中不斷推廣應(yīng)用，其中，視覺感知作為獲取信息的關(guān)鍵途徑，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，在復(fù)雜多變且不可預(yù)測的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)高效、精確且魯棒的視覺感知依然是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。

在開放世界中，智能系統(tǒng)不僅要處理龐大的數(shù)據(jù)量，還需要應(yīng)對各種極端事件，如駕駛中的突發(fā)危險(xiǎn)、隧道口的劇烈光線變化、夜間強(qiáng)閃光干擾等。傳統(tǒng)視覺感知芯片由于受到“功耗墻”和“帶寬墻”的限制，在應(yīng)對這些場景時(shí)往往面臨失真、失效或高延遲的問題，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

為了克服這些挑戰(zhàn)，清華大學(xué)精密儀器系類腦計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)聚焦類腦視覺感知芯片技術(shù)，提出了一種基于視覺原語的互補(bǔ)雙通路類腦視覺感知新范式。該范式借鑒了人類視覺系統(tǒng)的基本原理，將開放世界的視覺信息拆解為基于視覺原語的信息表示，并通過有機(jī)組合這些原語，模仿人視覺系統(tǒng)的特征，形成兩條優(yōu)勢互補(bǔ)、信息完備的視覺感知通路。

基于這一新范式，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研制出了世界首款類腦互補(bǔ)視覺芯片“天眸芯”，在極低的帶寬和功耗代價(jià)下，實(shí)現(xiàn)了每秒10000幀的高速、10bit的高精度、130dB的高動(dòng)態(tài)范圍的視覺信息采集，不僅突破了傳統(tǒng)視覺感知范式的性能瓶頸，而且能夠高效應(yīng)對各種極端場景，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

基于“天眸芯”，團(tuán)隊(duì)還自主研發(fā)了高性能軟件和算法，并在開放環(huán)境車載平臺上進(jìn)行了性能驗(yàn)證。在多種極端場景下，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低延遲、高性能的實(shí)時(shí)感知推理，展現(xiàn)了其在智能無人系統(tǒng)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。

據(jù)悉，論文通訊作者為清華大學(xué)精密儀器系施路平教授和趙蓉教授。研究團(tuán)隊(duì)表示，“天眸芯”的成功研制為自動(dòng)駕駛、具身智能等重要應(yīng)用開辟了新的道路。結(jié)合團(tuán)隊(duì)在類腦計(jì)算芯片“天機(jī)芯”、類腦軟件工具鏈和類腦機(jī)器人等方面已應(yīng)用落地的技術(shù)積累，“天眸芯”的加入將進(jìn)一步完善類腦智能生態(tài)，有力推動(dòng)人工通用智能的發(fā)展。

據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院出版的《2024-2029年中國腦機(jī)接口行業(yè)市場深度調(diào)研及未來發(fā)展趨勢預(yù)測報(bào)告》統(tǒng)計(jì)分析顯示：

大腦是人類最重要的器官，理解大腦的結(jié)構(gòu)與功能是21世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的前沿科學(xué)問題。

近年來，美國、歐盟、日本等國家(地區(qū))紛紛宣布啟動(dòng)腦科學(xué)研究，即“腦計(jì)劃”;腦科學(xué)研究既對有效診斷和治療腦疾病有重要的臨床意義，還可推動(dòng)新一代人工智能技術(shù)和新型信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

類腦計(jì)算是指利用數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐坊蛐缕骷矸抡嫔锷窠?jīng)元以及神經(jīng)元間的突觸連接，進(jìn)而利用超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrated，VLSI)系統(tǒng)來模仿神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)生物學(xué)結(jié)構(gòu)。

和現(xiàn)有馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu) 計(jì)算與存儲分離的特點(diǎn)相對，類腦計(jì)算中的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)既有計(jì)算能力，也有存儲能力。類腦計(jì)算的這種特點(diǎn)從根本上消除了馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)的“存儲墻”問題。通過對類腦計(jì)算進(jìn)行研究，能夠更好地理解腦計(jì)算模型，為實(shí)現(xiàn)類腦智能提供路徑。

SNN也被稱為第三代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是人工智能領(lǐng)域機(jī)器學(xué)習(xí)算法的一種，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與生物神經(jīng)科學(xué)交叉而成的新興學(xué)科。相比于傳統(tǒng)的ANN，如各種深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，SNN實(shí)現(xiàn)了更高級的生物神經(jīng)元模擬水平，更容易模擬人腦低功耗高性能的處理方式，是信息技術(shù)向智能化發(fā)展的重點(diǎn)研究方向。

與ANN相比，SNN有諸多優(yōu)良特性，在實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能的智能系統(tǒng)上潛力巨大。類腦計(jì)算研究涉及的領(lǐng)域范圍廣泛，包括材料科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、電氣工程、計(jì)算機(jī)工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)等。

材料科學(xué)家研究、制造和表征可用于類腦器件的新材料，重點(diǎn)是展示與生物神經(jīng)系統(tǒng)相似特性的材料。神經(jīng)科學(xué)家提供可能在類腦計(jì)算意義上有用的新知識，并利用類腦計(jì)算系統(tǒng)來模擬和研究生物神經(jīng)系統(tǒng)。

電子和計(jì)算機(jī)工程師利用模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐泛推骷順?gòu)造系統(tǒng)，模擬神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程，開發(fā)由生物啟發(fā)的類腦計(jì)算系統(tǒng)。類腦計(jì)算系統(tǒng)的研究涉及到類腦處理器微體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)技術(shù)、類腦處理器配套的軟件工具鏈和基于脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法等研究領(lǐng)域。

國內(nèi)外類腦計(jì)算技術(shù)發(fā)展研究

在現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展過程中計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在社會(huì)中的應(yīng)用具有極大的社會(huì)現(xiàn)實(shí)含義，不僅其在加速社會(huì)經(jīng)濟(jì)的道路上起到了積極的作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)在發(fā)展的同時(shí)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步。

由于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)沒有相關(guān)的技術(shù)信息支撐，當(dāng)代的發(fā)展方向是積極向前的、相互融合的。不過由于當(dāng)代社會(huì)信息的共享性還有待于提高到新的階段，-些方面的信息受到一定的局限和壟斷性。

伴隨著越來越普遍的計(jì)算機(jī)科學(xué)在全世界范圍內(nèi)的迅猛發(fā)展，信息將可以被方便快捷的進(jìn)行傳播，有理由相信計(jì)算機(jī)技術(shù)將會(huì)帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)更好發(fā)展，其對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將起到積極有效的作用。

許多新興的類腦芯片在SNN計(jì)算中顯示出巨大的潛力。 例如浙江大學(xué)的達(dá)爾文芯片，其目標(biāo)是嵌入式低功耗應(yīng)用。蘇黎世大學(xué)研究人員開發(fā)的DYNAP-SEL結(jié)合了異步數(shù)字邏輯和模擬電路，以實(shí)現(xiàn)模擬SNN實(shí)現(xiàn)。 清華大學(xué)的研究人員成功設(shè)計(jì)了混合型天機(jī)芯片 ，該混合型既可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又可以實(shí)現(xiàn)SNN。

隨著腦科學(xué)與類腦行業(yè)競爭的不斷加劇，大型企業(yè)間并購整合與資本運(yùn)作日趨頻繁，國內(nèi)外優(yōu)秀的腦科學(xué)與類腦企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的分析研究，特別是對當(dāng)前市場環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究，以期提前占領(lǐng)市場，取得先發(fā)優(yōu)勢。正因?yàn)槿绱?，一大批?yōu)秀品牌迅速崛起，逐漸成為行業(yè)中的翹楚。

中研普華利用多種獨(dú)創(chuàng)的信息處理技術(shù)，對腦科學(xué)與類腦行業(yè)市場海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整理、加工、分析、傳遞，為客戶提供一攬子信息解決方案和咨詢服務(wù)，最大限度地降低客戶投資風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)營成本，把握投資機(jī)遇，提高企業(yè)競爭力。

本報(bào)告利用中研普華長期對腦科學(xué)與類腦行業(yè)市場跟蹤搜集的一手市場數(shù)據(jù)，同時(shí)依據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局、國家商務(wù)部、國家發(fā)改委、國務(wù)院發(fā)展研究中心、行業(yè)協(xié)會(huì)、中國行業(yè)研究網(wǎng)、全國及海外專業(yè)研究機(jī)構(gòu)提供的大量權(quán)威資料，采用與國際同步的科學(xué)分析模型，全面而準(zhǔn)確地為您從行業(yè)的整體高度來架構(gòu)分析體系。讓您全面、準(zhǔn)確地把握整個(gè)腦科學(xué)與類腦行業(yè)的市場走向和發(fā)展趨勢。

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