中国科研团队发布全柔性AI芯片，推动边缘计算新突破
中国科学家于1月28日在国际权威期刊《自然》上发表研究成果，宣布成功研制出名为FLEXI系列的全柔性数字存算一体芯片。这一技术突破由清华大学、北京大学等机构联合完成，标志着柔性电子在边缘端人工智能计算应用领域迈出了关键一步。
该芯片基于低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS-TFT）技术打造，厚度堪比蝉翼，具备极高的柔韧性，能够自由弯折。同时，其在功耗控制、计算效率以及制造成本方面均表现出色，为柔性电子器件的大规模应用提供了可行性。
研究团队采用全数字静态随机存取存储器（SRAM）为核心的“存算一体”架构，将存储与计算模块集成于同一芯片内，大幅提升了运算效率并降低了能耗。
据清华大学介绍，FLEXI芯片基于LTPS-CMOS制造工艺，融合了轻量化、高能效及低成本等多重优势。该系列芯片包含FLEXI-1（1 kb）、FLEXI-4（4 kb）和FLEXI-32（32 kb）三种型号，最高集成约26.5万个晶体管，实现了SRAM存储、计算单元与外围电路的全面集成。
该芯片采用模块化、可扩展的数字存算架构，每个模块由6T-SRAM单元和嵌入式本地可重构处理单元（RLPU）构成，支持高速、并行的点积运算。通过跨层级协同优化（CLCO）策略，在制造工艺、电路设计与算法层面实现深度协同，FLEXI芯片在工艺波动和机械应力条件下仍能保持高精度、高能效与稳定性能。
为减少神经网络权重重复写入带来的能耗和时间消耗，研究团队为不同芯片容量定制了一组轻量级神经网络模型，实现权重的片上一次性部署。这些模型能够在FLEXI芯片上高效处理心电信号、语音、图像及多种生理信号，即使在最小的FLEXI-1芯片上也能稳定运行。
测试结果显示，该芯片可在2.5–5.5 V电压范围内稳定工作，并在半径1 mm、180°对折条件下，承受超过4万次弯折循环而性能无明显下降。
在FLEXI-1芯片上，研究人员分别实现了12.5 MHz的高性能模式和55.94 μW的超低功耗模式。芯片在高频运算中实现了零错误运行，整体良品率稳定在70%至92%之间，单芯片成本低于1美元，具备良好的长期稳定性。
与现有柔性计算芯片相比，FLEXI在时钟频率和能效方面实现了数量级的提升。相较于传统同步CPU，其能量–延迟积降低了3至4个数量级。这种高性能、低功耗和高柔性的结合，使其成为面向边缘人工智能应用的理想平台。
在应用验证方面，研究人员将FLEXI用于日常活动的连续监测与识别，验证了其在可穿戴健康监测和多模态传感器计算中的潜力。通过采集心率、呼吸频率、体温与皮肤水分等生理信号，并构建轻量级四通道卷积神经网络，团队在FLEXI-1上实现了一次性部署。借助量化感知训练，该模型在测试集上达到了97.4%的分类准确率。
总体来看，FLEXI是一种基于LTPS-TFT技术的柔性数字存内计算芯片。通过工艺–电路–算法的协同优化，该芯片在高频计算、极端机械应力和加速老化条件下均表现出稳定、无误差的运行特性，并展现出超过6个月的长期可靠性。研究成果为柔性电子在移动医疗、嵌入式智能及边缘计算等领域的应用奠定了坚实基础。
论文的第一作者包括清华大学集成电路学院博士生闫岸之、硕士生闫涧澜与沈鹏辉，以及北京大学集成电路学院博士生符一涵。通讯作者由清华大学集成电路学院任天令教授、信息国家研究中心刘厚方副研究员与北京大学人工智能研究院燕博南助理教授共同担任。杨轶副教授等为共同作者，清华大学为论文第一单位。研究获得国家自然科学基金委员会、科技部、北京信息科学与技术国家研究中心及北京市自然科学基金委员会等机构的资助。