腦機接口行業(yè)市場深度調(diào)研及未來發(fā)展趨勢預(yù)測報告 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、央視財經(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算研究中心施路平教授團隊，提出一種基于視覺原語的互補雙通路類腦視覺感知新范式，研制出世界首款類腦互補視覺芯片“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算研究中心施路平教授團隊，提出一種基于視覺原語的互補雙通路類腦視覺感知新范式，研制出世界首款類腦互補視覺芯片“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。

這是該團隊繼異構(gòu)融合類腦計算“天機芯”后第二次登上 《自然》 雜志封面，標志著在類腦計算和類腦感知兩個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)實社會中不斷推廣應(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，實現(xiàn)高效、精確且魯棒的視覺感知依然是一個艱巨的挑戰(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、隧道口的劇烈光線變化、夜間強閃光干擾等。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)對這些場景時往往面臨失真、失效或高延遲的問題，嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

為了克服這些挑戰(zhàn)，清華大學(xué)精密儀器系類腦計算研究團隊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、信息完備的視覺感知通路。

基于這一新范式，團隊進一步研制出了世界首款類腦互補視覺芯片“天眸芯”，在極低的帶寬和功耗代價下，實現(xiàn)了每秒10000幀的高速、10bit的高精度、130dB的高動態(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”，團隊還自主研發(fā)了高性能軟件和算法，并在開放環(huán)境車載平臺上進行了性能驗證。在多種極端場景下，該系統(tǒng)實現(xiàn)了低延遲、高性能的實時感知推理，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。研究團隊表示，“天眸芯”的成功研制為自動駕駛、具身智能等重要應(yīng)用開辟了新的道路。結(jié)合團隊在類腦計算芯片“天機芯”、類腦軟件工具鏈和類腦機器人等方面已應(yīng)用落地的技術(shù)積累，“天眸芯”的加入將進一步完善類腦智能生態(tài)，有力推動人工通用智能的發(fā)展。

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

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))紛紛宣布啟動腦科學(xué)研究，即“腦計劃”;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) 計算與存儲分離的特點相對，類腦計算中的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)既有計算能力，也有存儲能力。類腦計算的這種特點從根本上消除了馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)的“存儲墻”問題。通過對類腦計算進行研究，能夠更好地理解腦計算模型，為實現(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)域機器學(xué)習(xí)算法的一種，是計算機科學(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)展的重點研究方向。

與ANN相比，SNN有諸多優(yōu)良特性，在實現(xiàn)低功耗、高性能的智能系統(tǒng)上潛力巨大。類腦計算研究涉及的領(lǐng)域范圍廣泛，包括材料科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、電氣工程、計算機工程和計算機科學(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算意義上有用的新知識，并利用類腦計算系統(tǒng)來模擬和研究生物神經(jīng)系統(tǒng)。

電子和計算機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)的運行過程，開發(fā)由生物啟發(fā)的類腦計算系統(tǒng)。類腦計算系統(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)外類腦計算技術(shù)發(fā)展研究

在現(xiàn)階段的社會發(fā)展過程中計算機科學(xué)技術(shù)在社會中的應(yīng)用具有極大的社會現(xiàn)實含義，不僅其在加速社會經(jīng)濟的道路上起到了積極的作用。計算機技術(shù)在發(fā)展的同時帶動經(jīng)濟社會的進步。

由于傳統(tǒng)的計算機科學(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算機科學(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行傳播，有理由相信計算機技術(shù)將會帶動社會經(jīng)濟更好發(fā)展，其對經(jīng)濟的發(fā)展將起到積極有效的作用。

許多新興的類腦芯片在SNN計算中顯示出巨大的潛力。 例如浙江大學(xué)的達爾文芯片，其目標是嵌入式低功耗應(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，以實現(xiàn)模擬SNN實現(xiàn)。 清華大學(xué)的研究人員成功設(shè)計了混合型天機芯片 ，該混合型既可以實現(xiàn)常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又可以實現(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。正因為如此，一大批優(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)險與經(jīng)營成本，把握投資機遇，提高企業(yè)競爭力。

本報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)，同時依據(jù)國家統(tǒng)計局、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、中國行業(yè)研究網(wǎng)、全國及海外專業(yè)研究機構(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、準確地把握整個腦科學(xué)與類腦行業(yè)的市場走向和發(fā)展趨勢。

未來行業(yè)市場發(fā)展前景和投資機會在哪?欲了解更多關(guān)于行業(yè)具體詳情可以點擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)研究院的報告《2024-2029年中國腦機接口行業(yè)市場深度調(diào)研及未來發(fā)展趨勢預(yù)測報告》。

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