人間の脳と同等の速度を持つ世界初のチップを開発(PKU-led research team develops world’s first chip matching speed of human brain)

2026-07-20 北京大学(PKU)

北京大学の楊玉超教授らと中国科学院上海微系統・情報技術研究所の研究チームは、人間の脳の動作速度に匹敵する世界初のニューロダイナミカルシステム向けチップを開発し、その成果をScience誌に発表した。ニューロダイナミカルシステムは脳科学、医療画像処理、三次元脳再構築などに利用されるが、従来は膨大な反復計算とメモリ・プロセッサ間のデータ転送が必要で、処理速度や消費電力が課題だった。新チップは相変化メモリスタを用いたインメモリコンピューティングを採用し、40nmプロセスで製造された。動作周波数は50MHzで、既存の専用ASICと比べて3.82~36.27倍高速、消費電力は11.75~24.73分の1に低減した。また、大脳皮質表面再構築ではNVIDIA A100 GPU比で最大478倍の高速化を達成した。白質・灰白質の表面をリアルタイムで高精度に再構築し、脳の複雑なひだ構造も忠実に再現できることが示された。将来的にはブレイン・コンピュータ・インターフェース(BCI)、デジタル脳ツイン、手術ナビゲーション、神経変性疾患研究などへの応用が期待される。

人間の脳と同等の速度を持つ世界初のチップを開発(PKU-led research team develops world’s first chip matching speed of human brain)

Fig. 1. Overview of NDS hardware with multilevel and fine-grained CCD memristor.

<関連情報>

相変化メモリスに基づく10ミリ秒未満のニューラルダイナミクスシステム A sub–10-millisecond neural dynamical system based on phase-change memristors

Lei Cai, Yaoyu Tao, Chenchen Xie, Longhao Yan, […] , and Yuchao Yang
Science  Published:2 Jul 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/science.aee6277

Abstract

High-fidelity geometry for physical-world modeling demands real-time, dense, and differentiable deformation fields on manifolds. Neural dynamical systems (NDSs) using adaptive stepsize integration with embedded neural networks excel at these tasks but still suffer latency on the order of hundreds of milliseconds. In this work, we report a sub–10-millisecond NDS hardware leveraging the precisely controlled conductance drift of phase-change memristors and their multilevel compute-in-memory capabilities. We fabricated a 40-nanometer NDS chip for the challenging surface reconstruction tasks. Compared with state-of-the-art NDS hardware, our NDS design achieves a latency of 2.12 milliseconds (below 10 milliseconds) for single-iteration NDS computations with an error tolerance of 10−7 and delivers 3.82× to 36.27× faster speed while consuming 11.75× to 24.73× less power. The end-to-end NDS latency through hardware measurements and simulations outperformed graphics processing unit A100 by 50.38× to 478.18×.

1601コンピュータ工学
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