半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

隨著科技發(fā)展，腦機(jī)接口技術(shù)正逐漸從科幻走向現(xiàn)實(shí)，成為全球矚目的焦點(diǎn)。腦機(jī)接口作為一種直接連接大腦與外部設(shè)備的前沿技術(shù)，使得人機(jī)交互能夠擺脫傳統(tǒng)肌肉或語(yǔ)言指令的束縛，僅憑大腦發(fā)出的神經(jīng)信號(hào)便可實(shí)現(xiàn)。

而這一技術(shù)的核心組件腦機(jī)芯片，正發(fā)揮著關(guān)鍵作用，不斷釋放利好。

什么是腦機(jī)接口？

腦機(jī)接口的工作原理基于大腦神經(jīng)元活動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)。大腦在進(jìn)行思考、感知、運(yùn)動(dòng)等活動(dòng)時(shí)，神經(jīng)元之間會(huì)通過(guò)電信號(hào)進(jìn)行信息傳遞。腦機(jī)接口系統(tǒng)通過(guò)特定的傳感器（神經(jīng)電極）捕捉這些微弱的電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的處理和算法分析，將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠理解的指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制。例如，癱瘓患者可以通過(guò)腦機(jī)接口，用大腦控制機(jī)械臂完成日常動(dòng)作；游戲玩家能夠憑借意念操控游戲角色，獲得更加沉浸式的體驗(yàn)。

目前，腦機(jī)接口技術(shù)依據(jù)侵入性程度，通常被劃分為非侵入式（腦外）、侵入式和半侵入式三大類型。非侵入式腦機(jī)接口最為常見(jiàn)，它通過(guò)將腦電帽佩戴在頭皮表面來(lái)采集大腦信號(hào)。這種方式操作簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)，但其弊端也較為明顯，由于信號(hào)需要穿過(guò)頭皮、顱骨等多層組織，導(dǎo)致信號(hào)衰減嚴(yán)重，分辨率較低，所獲取的腦電信號(hào)清晰度有限，難以實(shí)現(xiàn)高精度的控制。侵入式腦機(jī)接口則是通過(guò)開(kāi)顱手術(shù)，將微絲電極直接插入腦組織內(nèi)部，從而能夠近距離獲取單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)的信號(hào)，具有極高的分辨率和準(zhǔn)確性。然而，該方式對(duì)手術(shù)技術(shù)要求極高，存在手術(shù)感染風(fēng)險(xiǎn)，且電極作為異物植入大腦，容易引發(fā)人體免疫反應(yīng)，導(dǎo)致信號(hào)衰減等問(wèn)題。半侵入式腦機(jī)接口則介于兩者之間，它將電極植入顱骨內(nèi)，但不深入腦組織，在一定程度上兼顧了信號(hào)質(zhì)量和安全性。

不同類型的腦機(jī)接口在實(shí)際應(yīng)用中各有優(yōu)劣。在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域，非侵入式腦機(jī)接口可用于輔助癱瘓患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，幫助他們恢復(fù)部分運(yùn)動(dòng)功能；侵入式和半侵入式腦機(jī)接口則有望為嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如癲癇、帕金森病等，提供更精準(zhǔn)的治療方案，通過(guò)神經(jīng)調(diào)控來(lái)緩解癥狀。在娛樂(lè)游戲行業(yè)，腦機(jī)接口技術(shù)預(yù)計(jì)能夠?yàn)橥婕規(guī)?lái)前所未有的沉浸式體驗(yàn)，使游戲交互更加自然流暢。在智能家居控制方面，用戶只需通過(guò)大腦發(fā)出指令，就能輕松控制家中的各種電器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更加便捷的生活方式。

腦機(jī)芯片是腦機(jī)接口的關(guān)鍵技術(shù)

腦機(jī)芯片在腦機(jī)接口系統(tǒng)中占據(jù)著核心地位，堪稱整個(gè)系統(tǒng)的大腦。其主要功能是讀取大腦神經(jīng)信號(hào)，并將這些生物電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子指令，為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互提供關(guān)鍵支持。具體而言，腦機(jī)芯片在信號(hào)采集、處理和傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)發(fā)揮著不可替代的作用。

在信號(hào)采集方面，腦機(jī)芯片需要具備高靈敏度和高精度的特性，能夠捕捉到極其微弱的大腦神經(jīng)信號(hào)。由于大腦神經(jīng)信號(hào)非常微弱，通常在微伏級(jí)別，且容易受到外界噪聲的干擾，因此采集芯片需要具備出色的噪聲抑制能力和高共模抑制比，以確保采集到的信號(hào)真實(shí)可靠。

信號(hào)處理是腦機(jī)芯片的另一項(xiàng)重要功能。采集到的大腦神經(jīng)信號(hào)是復(fù)雜的模擬信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部的一系列處理，如放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和處理。高性能的腦機(jī)芯片需要具備強(qiáng)大的并行處理能力，能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)大量的神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行處理和分析。例如，研發(fā)高性能、超低功耗腦信號(hào)處理芯片，強(qiáng)化并行處理能力，推動(dòng)感知、計(jì)算和調(diào)節(jié)等功能的一體化集成，能夠大大提高腦機(jī)接口系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。在這個(gè)過(guò)程中，芯片的算法優(yōu)化也至關(guān)重要，通過(guò)先進(jìn)的算法能夠更好地提取大腦信號(hào)中的有效信息，提高信號(hào)解碼的準(zhǔn)確率。

信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)同樣離不開(kāi)腦機(jī)芯片的支持。經(jīng)過(guò)處理的大腦信號(hào)需要傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的分析和控制，這就要求腦機(jī)芯片具備高效、穩(wěn)定的通信能力。研發(fā)超低功耗、高速率、高可靠的通信芯片，能夠提升腦信號(hào)傳輸和抗干擾能力，確保信號(hào)在傳輸過(guò)程中的完整性和準(zhǔn)確性。

全球競(jìng)爭(zhēng)腦機(jī)芯片

在國(guó)際舞臺(tái)上，腦機(jī)接口芯片領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈，諸多國(guó)家和科研團(tuán)隊(duì)都在積極探索，取得了一系列令人矚目的成果。

美國(guó)在該領(lǐng)域起步較早，一直處于領(lǐng)先地位。埃隆?馬斯克創(chuàng)立的 Neuralink 公司便是其中的佼佼者，其致力于開(kāi)發(fā)侵入式腦機(jī)接口技術(shù)。2024 年，Neuralink 完成首例人體試驗(yàn)，受試者通過(guò)腦部植入物實(shí)現(xiàn)了對(duì)電腦鼠標(biāo)的控制，引起了全球轟動(dòng)。

美國(guó)的 Synchron 公司也在腦機(jī)接口領(lǐng)域也取得了重要進(jìn)展。2022年12月，Synchron宣布了一輪7500萬(wàn)美元的融資，其中包括來(lái)自微軟創(chuàng)始人比爾蓋茨和亞馬遜創(chuàng)始人杰夫貝佐斯的投資公司的資金。2025年5月，據(jù)報(bào)道，蘋果公司與初創(chuàng)公司Synchron合作研發(fā)新型腦機(jī)接口，以幫助殘疾人使用其設(shè)備。

此外，美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校醫(yī)療中心研發(fā)的新型腦機(jī)接口系統(tǒng)，成功將一名漸凍癥患者的腦電信號(hào)轉(zhuǎn)化為語(yǔ)音，準(zhǔn)確率達(dá) 97%，在語(yǔ)音解碼方面達(dá)到了較高的水平。

在其他國(guó)家，英國(guó)、德國(guó)、日本等也在加大對(duì)腦機(jī)接口芯片技術(shù)的研發(fā)投入。英國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)在非侵入式腦機(jī)接口芯片的算法優(yōu)化方面取得了一定成果，能夠更精準(zhǔn)地從頭皮表面采集的微弱信號(hào)中提取有效信息。德國(guó)則側(cè)重于研發(fā)高穩(wěn)定性的半侵入式腦機(jī)接口芯片，提高芯片與腦組織的兼容性，降低長(zhǎng)期植入后的免疫反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。日本在芯片的微型化和低功耗設(shè)計(jì)上獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，致力于開(kāi)發(fā)更小巧、更節(jié)能的腦機(jī)接口芯片，以適應(yīng)可穿戴設(shè)備等應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

政策助力腦機(jī)芯片發(fā)展

腦機(jī)接口技術(shù)作為新一代人機(jī)交互和人機(jī)混合智能的前沿領(lǐng)域，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，受到了各國(guó)政府的高度重視。我國(guó)政府也積極出臺(tái)相關(guān)政策，大力推動(dòng)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，為腦機(jī)芯片的研發(fā)和應(yīng)用提供了有力的政策支持。

日前，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委、教育部、國(guó)家衛(wèi)生健康委、國(guó)務(wù)院國(guó)資委、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家藥監(jiān)局等多部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推動(dòng)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》。《意見(jiàn)》明確提出，突破關(guān)鍵腦機(jī)芯片。發(fā)展高通道、高速率腦信號(hào)采集芯片，強(qiáng)化模數(shù)轉(zhuǎn)換、通道管理和噪聲抑制，增強(qiáng)腦信號(hào)采集放大能力。研發(fā)高性能、超低功耗腦信號(hào)處理芯片，強(qiáng)化并行處理能力，推動(dòng)感知、計(jì)算和調(diào)節(jié)等功能的一體化集成。研發(fā)超低功耗、高速率、高可靠的通信芯片，提升腦信號(hào)傳輸和抗干擾能力。

實(shí)際上，今年以來(lái)，各地政府便出臺(tái)了一系列具體的扶持政策。

北京發(fā)布《加快北京市腦機(jī)接口創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)方案(2025-2030年)》，目標(biāo)2030年實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口創(chuàng)新產(chǎn)品在醫(yī)療、康養(yǎng)、工業(yè)、教育等領(lǐng)域的規(guī)模化商用；上海印發(fā)《上海市腦機(jī)接口未來(lái)產(chǎn)業(yè)培育行動(dòng)方案（2025-2030年）》，目標(biāo)2030年前腦機(jī)接口產(chǎn)品全面實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用；廣東省提出加快腦科學(xué)與腦機(jī)接口、類器官等技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化；四川印發(fā)《四川省腦機(jī)接口及人機(jī)交互產(chǎn)業(yè)攻堅(jiān)突破行動(dòng)計(jì)劃（20252030年）》，目標(biāo)2030年產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用，開(kāi)展侵入式腦機(jī)接口手術(shù)3000例/年。

政策的大力支持為腦機(jī)芯片的發(fā)展注入了強(qiáng)大動(dòng)力。一方面，政策引導(dǎo)了大量的資金投入到腦機(jī)接口芯片的研發(fā)領(lǐng)域，為科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)提供了充足的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，有助于開(kāi)展前沿技術(shù)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。另一方面，政策的出臺(tái)吸引了更多的人才投身于腦機(jī)接口芯片的研發(fā)工作，促進(jìn)了跨學(xué)科人才的交流與合作。腦機(jī)接口芯片的研發(fā)涉及到神經(jīng)科學(xué)、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，需要大量具備跨學(xué)科知識(shí)和技能的人才。政策的激勵(lì)作用使得更多優(yōu)秀人才匯聚到這一領(lǐng)域，為腦機(jī)芯片的創(chuàng)新發(fā)展提供了智力支持。

國(guó)產(chǎn)腦機(jī)接口芯片實(shí)現(xiàn)新突破

盡管我國(guó)在半侵入式和侵入式腦機(jī)接口技術(shù)上起步相對(duì)較晚，但近年來(lái)，憑借著科研人員的不懈努力和創(chuàng)新精神，取得了令人矚目的發(fā)展成果，多個(gè)腦機(jī)接口技術(shù)團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了新的突破，尤其是在國(guó)產(chǎn)腦機(jī)接口芯片領(lǐng)域，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的實(shí)力和潛力。

今年四月份，海南大學(xué)正式發(fā)布了自主研發(fā)的植入式腦機(jī)接口（BCI）核心技術(shù)與系列產(chǎn)品，在全球范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。該系列產(chǎn)品包括三大核心芯片：SX-R128S4高通量神經(jīng)信號(hào)采集芯片、SX-S32高自由度神經(jīng)調(diào)控芯片和SX-WD60低功耗無(wú)線傳輸芯片。

其中，SX-R128S4高通量神經(jīng)信號(hào)采集及刺激芯片具備高通量采集和刺激功能，其128通道的設(shè)計(jì)使其在通道數(shù)上達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，是目前商用神經(jīng)信號(hào)采集芯片通道數(shù)的兩倍之多，能夠更全面、精準(zhǔn)地采集神經(jīng)信號(hào)。同時(shí)，該芯片在性能提升的同時(shí)，功耗降低了80%以上，體積縮小了50%，極大地提高了芯片的能效比和便攜性。SX-S32高自由度神經(jīng)調(diào)控芯片支持32通道獨(dú)立設(shè)置刺激參數(shù)，通過(guò)仿生脈沖波形設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定神經(jīng)通路的精準(zhǔn)調(diào)控，為帕金森病、癲癇等神經(jīng)疾病治療提供新方案。SX-WD60低功耗無(wú)線傳輸芯片結(jié)合神經(jīng)元定位系統(tǒng)，在微米級(jí)精度定位神經(jīng)靶點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸與設(shè)備遠(yuǎn)程供電，整體功耗較國(guó)際同類產(chǎn)品降低40%，顯著延長(zhǎng)植入設(shè)備使用壽命。

此外，作為北京科研工作者自主研發(fā)的智能腦機(jī)系統(tǒng)，北腦一號(hào)也取得了重要進(jìn)展。近期，北腦一號(hào)在北京大學(xué)第一醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院，完成了國(guó)際首批柔性高通量半侵入式無(wú)線全植入腦機(jī)系統(tǒng)的人體植入。患者術(shù)后恢復(fù)良好，設(shè)備有效通道數(shù)達(dá)到98%以上。通過(guò)使用北腦一號(hào)智能腦機(jī)系統(tǒng)，癱瘓患者能夠隔空操控計(jì)算機(jī)、機(jī)械臂，甚至驅(qū)動(dòng)肌肉刺激裝置，促進(jìn)自身肢體運(yùn)動(dòng)功能逐漸康復(fù)。這一成果展示了我國(guó)在半侵入式腦機(jī)接口技術(shù)及芯片應(yīng)用方面的領(lǐng)先水平，為癱瘓患者等特殊群體帶來(lái)了新的希望。

腦機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)化落地開(kāi)始

2025年6月，全球腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)迎來(lái)歷史性轉(zhuǎn)折點(diǎn)美國(guó)FDA全面批準(zhǔn)Neuralink植入式設(shè)備進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)。消息公布后，相關(guān)概念股單日平均漲幅超過(guò)15%，腦機(jī)接口領(lǐng)域融資額季度環(huán)比激增200%。

此外，2025年3月腦機(jī)接口技術(shù)首次被國(guó)家醫(yī)保局設(shè)立為獨(dú)立收費(fèi)項(xiàng)目，隨后湖北省醫(yī)保局發(fā)布全國(guó)首個(gè)腦機(jī)接口醫(yī)療服務(wù)價(jià)格。這也意味著，腦機(jī)芯片正式開(kāi)啟產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

從半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)需求來(lái)看，腦機(jī)接口芯片的發(fā)展為半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在芯片設(shè)計(jì)方面，需要開(kāi)發(fā)專門針對(duì)腦機(jī)接口應(yīng)用的定制化芯片，集成信號(hào)采集、處理、傳輸?shù)榷喾N功能，實(shí)現(xiàn)高度的系統(tǒng)集成。這要求半導(dǎo)體設(shè)計(jì)企業(yè)深入了解腦機(jī)接口的技術(shù)需求和應(yīng)用場(chǎng)景，投入更多的研發(fā)資源進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在制造工藝上，為了滿足腦機(jī)接口芯片對(duì)高靈敏度、低功耗、微型化的要求，需要采用先進(jìn)的半導(dǎo)體制造工藝，如更先進(jìn)的光刻技術(shù)、三維集成技術(shù)等，以提高芯片的性能和集成度，減小芯片的尺寸和功耗。同時(shí)，封裝技術(shù)也至關(guān)重要，需要開(kāi)發(fā)能夠適應(yīng)生物體內(nèi)環(huán)境、具有良好生物相容性的封裝材料和技術(shù)，保護(hù)芯片免受生物體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的影響，確保芯片的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。

此外，腦機(jī)接口芯片的大規(guī)模應(yīng)用還需要半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)建立完善的產(chǎn)業(yè)鏈配套體系。從芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試到終端應(yīng)用，各個(gè)環(huán)節(jié)需要緊密協(xié)作，形成高效的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。這將促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與神經(jīng)科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域的深度融合，推動(dòng)跨學(xué)科技術(shù)創(chuàng)新，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開(kāi)辟新的市場(chǎng)空間和發(fā)展方向。