一文看懂脑机接口未来的无限可能

一文看懂脑机接口未来的无限可能近日，埃隆·马斯克旗下的脑机接口公司Neuralink在推特上宣布，其脑植入物已获得FDA的批准，将启动首次人体临床研究，目前该临床试验尚未开始招募参与人员，未来将很快发布更多相关信息。这个消息迅速引发热烈讨论与市场追捧。此前，Neuralink已经试过在老鼠、猪和猴子的大脑植入脑机接口芯片，2022年3月还曾递交人体试验的申请被拒。但不得不说，Neuralink动作还是挺快，仅用3个月就将被拒理由的材料补齐，获得了FDA的批准。Neuralink这项即将进行人体试验的技术，希望通过向人脑植入电极、芯片等装置，建立连接人脑与外部设备的通信和控制通道，即脑机接口，从而实现用大脑生物电信号直接操控外部设备或以外部刺激调控大脑活动的目的。在OpenAI“大杀四方”的当下，若这一技术取得进展和成功，相信在不远的将来对瘫痪患者恢复运动功能，治愈帕金森氏症、阿尔茨海默氏症等脑部疾病，以及帮助恢复失明患者视力等方面有着非凡的意义。未来，也许真的可以像马斯克所期望的那样“让人脑与计算机融合，成为“半机械人”，帮助人类与AI实现共生，避免AI对人类造成“生存威胁”。什么是脑机接口？脑机接口（Braincomputerinterface，BCI）是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的直接交流和控制通道。通过这种通道，一方面用户可以直接通过大脑活动来表达思想或操控设备；另一方面，外部设备则不断地给大脑发送各种反馈信息，让大脑及时调整控制策略，维持整个系统的稳定性。从原理来看，脑机接口的实现，大致可以分为四步：脑电采集→信号获取及处理 → 信号输出（执行）→ 反馈。根据“侵入性”，可将脑机接口分为侵入式、非侵入式和半侵入式脑机接口三类。侵入式脑机接口通过手术等方式将信号采集装置（电极）直接植入患者大脑皮层，以获得高强度、高质量的信号，但此种方式经济成本和安全风险均较高，极有可能引发免疫反应和脑胶质细胞结痂等炎症反应，从而导致信号质量下降。侵入式脑机接口技术难度最大，若有突破对人类发展贡献也会更大，其目前主要应用在医疗领域，最有可能率先落地并带来市场收益的是神经替代、神经调控相关技术和产品，其技术难度也是最大的。目前，侵入式脑机接口公司中，进入人体临床试验阶段的有Synchron、Onward和Neuralink三家。Synchron早在2021年就已获得FDA批准，开始试验，并于2022年7月宣布在美国首次植入脑机接口。其技术是微创的，通过一种类似血管支架的电极放置在大脑血管的内部，来采集血管附近的神经信号。Neuralink的侵入性方案则属于“皮层刺入”路线，它直接将柔性电极丝植入大脑皮层之中。一般而言，越深入和靠近脑组织本身，脑电信号就越清晰和准确。但毕竟要将外物植入大脑，很容易引起免疫反应，人体可能会在电极和神经组织之间生成疤痕组织，导致信号传输的衰退，甚至消失。所以，这次的人体试验结果如何，的确很值得期待。非侵入式脑机接口无需手术，是对人体创伤最小，采集方法最为简单的脑电信号采集方式，将信号采集电极置于头皮外部的非侵入式脑机接口，但由于电极与神经元距离较远，测得的信号噪声较大，对信号后期的处理要求较高。非侵入式脑机接口技术多应用在更广泛的生活生产领域，正逐步在康复训练、教育娱乐、智能生活、生产制造等众多方面为人类带来福祉。代表性产品有云睿智能的优梦思额贴式睡眠记录仪，主要通过贴附于额前采集分析脑电信号，来帮助鉴别和改善睡眠障碍，已经获得国家二类医疗器械证和美国FDA认证，并进入多家医院提供全方位的脑电睡眠监测管理服务。半侵入式脑机接口处于上述两者之间，通过手术方式植入电极，但电极处于皮肤下或颅腔内，未达到大脑皮层。其信号质量比非侵入式的更好，而相较于侵入式脑机接口，虽采集到的信号较弱，但免疫反应和炎症反应发生率均较低，安全系数较高。采用这一类技术的公司目前较少。脑机接口有哪些主要应用领域？1．提供信息增强技术。简单来说，可以为那些瘫痪或有其他严重运动缺陷的人提供新的通信增强技术。2022年NatureCommunications上的一篇研究就借助能读取大脑信号的植入式脑机接口，使一位罹患渐冻症的男子选择字母，组成通顺的句子，完成日常交流。2．康复训练。通过脑机接口技术，监测到的脑电信息可以用于加工、反馈，针对多动症、中风、抑郁症等做对应的恢复训练。例如，对于运动皮层相关部位受损的中风病人，脑机接口可以从受损的皮层区采集信号，其次刺激失能肌肉或控制矫形器，改善手臂运动；运动想象类脑机接口可以用于孤独症儿童的康复训练，提升他们对于感觉运动皮层激活程度的自我控制能力，从而改善孤独症的症状，亦可以通过脑电信号的反馈，训练使用者的专注力。3．脑科学研究与脑功能诊断。脑机接口，可以帮助研究人类大脑的认知、运动、情感等方面的机制，深入探究人类大脑的奥秘。 例如脑机接口可以帮助实时监控和测量神经系统状态，辅助临床判读。“监测”型脑机接口应用方向十分多样，包括测量视/听觉障碍患者神经通路状态协助医生定位病因，评测陷入深度昏迷患者的意识等级等等。除此之外，通过结合脑电、视频等多元信息进行诊疗，能够辅助医生判读脑损伤、脑发育等多种临床适应症。4．人机交互。通过脑机接口技术，可以实现更加智能的人机交互，如控制家用电器、智能机器人、VR设备等等。5．军事安全。脑机接口技术可以用于军事领域，如控制战斗机、导弹等，提高作战效率。总之，脑机接口技术的应用前景非常广泛，未来还有很多新的应用领域可能会涌现。脑机接口产业发展现状整体而言，脑机接口产业链发展仍在初期阶段。材料、产业化和伦理仍是目前脑机接口技术需要攻关的三大问题。根据中国电子技术标准化研究院的《脑机接口标准化白皮书2021》，2019年全球脑机接口市场规模约12亿美元，预计2027年达37亿美元。麦肯锡预测未来10到20年，全球脑机接口产业将产生700-2000亿美金经济价值。目前全球脑机接口主要以非侵入式为主，用于诊疗康复领域，其中医疗保健领域占比62%，剩余为疾病治疗领域。脑机接口技术的发展将撬动医疗健康、教育、游戏甚至智能家居行业。上游的芯片、采集设备、相关算法仍在研发阶段，下游应用多集中于科研设备和康复训练，远期来看可能创造人机交互的新型网络体系。具体来说，上游设备尚未实现标准化量产，自研BCI芯片和算法成为核心技术壁垒。脑机接口的设备主要包括脑电采集设备、BCI芯片、处理计算机以及数据集、处理算法、操作系统级分析软件、外部嵌套设备等。脑电采集设备若为非侵入式主要为采用干电极/湿电极的脑电采集帽（或为耳机、头箍形态），若为侵入式则为微电极/探针。犹他阵列丨medicaldesignandoutsourcing.comBCI芯片主要实现脑电信号的预处理（包括放大、滤波、模数转换、编码等）、信号通信甚至部分信号处理环节。信号处理环节通常在计算机或云端完成，需要实现用户意图的特征提取、将提取的信号特征转换为通信指令，之后由通信设备或辅助设备给出反馈（通常为显示器或声音、机械反馈）。但由于目前业界对脑信号的模拟和“写入”了解非常不充分，目前的脑机接口活动尚未实现完全闭环。当前，脑机接口技术正在全球领域成为一个新...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363371.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363371.htm

今冬首个寒潮红色预警来了 一文看懂寒潮是什么

今冬首个寒潮红色预警来了一文看懂寒潮是什么对此，央视新闻客户端发文进行了一次科普：寒潮是冷空气的一种，是一种灾害性天气，2017年制定的我国冷空气等级国家标准中规定：日最低气温24小时内降温幅度大于或等于8℃；或48小时内降温幅度大于或等于10℃；或72小时内降温幅度大于或等于12℃；而且使该地日最低气温下降到4℃或以下即为寒潮。寒潮预警信号分四级，分别以蓝色、黄色、橙色、红色表示，每个颜色的分级标准各有不同，其中红色为最高。目前，我国山西部分地区已经升级为寒潮红色预警。寒潮期间降温幅度大，易造成浅表皮肤损害而形成冻疮，加重关节炎、类风湿关节炎等患者的疼痛；易诱发气道痉挛、呼吸系统免疫功能异常；易引发心脑血管系统疾病，还可能加重泌尿系统疾病和内分泌系统疾病。持续降雪还可能导致路面结冰易摔倒，道路结冰也给交通出行增添困扰。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404485.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1404485.htm

一文看懂以色列，巴勒斯坦，哈马斯：

一文看懂以色列，巴勒斯坦，哈马斯：以色列和巴勒斯坦之间的紧张关系在该国于1948年成立之前就已存在。在过去的几十年中，双方因长期的冲突而死亡的人数都已达到数千，受伤的人数更多。今年的暴力事件尤为严重。被以色列军队杀害的巴勒斯坦人(包括武装分子和平民)在被以色列占领的西岸的数量达到了近二十年的最高点。在巴勒斯坦的袭击中被杀害的以色列人和外国人（其中大多数是平民）的数量也是如此。以色列和激进组织哈马斯自1987年第一次巴勒斯坦起义或反抗以色列对加沙地带和西岸的占领以来就一直涉及武装冲突。1967年的一场战争中，以色列从埃及手中夺取了加沙，然后在2005年撤出。这片小领土，有大约200万巴勒斯坦人居住，在2007年与法塔赫（巴勒斯坦权力机构的主要组成部分的一个竞争对手的巴勒斯坦派系）的一场短暂的内战后，被哈马斯控制。哈马斯控制加沙后，以色列和埃及对该地区实施了严格的封锁，持续至今。以色列还对加沙实施了空中和海上封锁。在周六的行动之前，哈马斯和以色列之间的最后一场战争是在2021年，持续了11天，在加沙至少造成250人死亡，以色列有13人死亡。周六的袭击发生在1973年战争的50周年纪念日，当时以色列的阿拉伯邻国在犹太教历法中最神圣的日子赎罪日（即1973年10月6日），哈马斯对以色列发动了突然袭击。—以色列，像乌克兰一样，是美国和欧盟的盟友。哈马斯是伊朗和俄罗斯的盟友。哈马斯没有未来。

一文看懂台积电的前沿新技术

一文看懂台积电的前沿新技术本文依序介绍：先进制程相关技术：N3家族／N2制程／NanoFlex／A16／超级电轨／CFET先进封装相关技术：SoW/3DFabric/SoIC(&Hybridbonding)/CoWoS/InFo特殊制程相关技术：硅光子先进制程1、N3家族N3E去年第四季进入量产，至于今年下半年准备量产的N3P，良率表现接近N3E，目前已经客户产品设计定案（tape-out）。台积电指出，由于N3P在效能、功耗、面积（PPA）表现更优异，大多数3纳米产品都将采用N3P制程技术，未来可看到更多高阶产品进入3纳米时代。产能部分，受惠HPC、手机需求，台积电今年3纳米产能比去年增加三倍多，其实还不够，还在努力满足客户需求。2、N2制程N2制程采用纳米片（Nanosheet）晶体管，提供更优异能源效率。目前2纳米技术进展顺利，纳米芯片转换表现达到目标90%、转换成良率也超过80%，预计2025年量产。未来会有更多N2家族出现，包括N2P、N2X等应用。3、NanoFlex台积电N2技术将搭配NanoFlex，在设计技术协同优化有新的突破。NanoFlex为芯片设计人员提供灵活的2纳米标准元件，这是芯片设计的基本构建模组，高度较低的元件能节省面积，并拥有更高功耗效率；高度较高的元件则将效能最大化。过去设计很难把不同高度的元件整合在一起，而台积电最新技术能帮助客户在相同的设计区块中优化高低元件组合，可提升15%的速度，进而在应用的功耗、效能及面积（PPA）之间取得最佳平衡。4、A16A16技术将使用下一代纳米片技术结合超级电轨（SuperPowerRail）架构，预计2026年下半年量产。这次会采用不同布线，台积电认为这是高效能运算（HPC）产品的最佳解决方案。相较于N2P制程，使用超级电轨的A16在相同Vdd（工作电压）下，运算速度增加8~10%，在相同速度下，功耗降低15~20%，芯片密度提升高达1.10X。5、超级电轨随着芯片堆叠层数越来越多，供电逐渐成为问题，因为需要穿越10到20层堆叠才能为下方的晶体管提供电力和数据讯号，且互连线和电源线共存的线路层架构也逐渐混乱，加上传统制程涉及打洞，会消耗掉晶体管面积，因此背面供电技术变得越来越重要。台积电的“超级电轨”将供电网路移到晶圆背面，使晶圆正面释放更多讯号网路的布局空间，提升逻辑密度和效能，另改善功率传输，大幅减少IR压降。台积电也表示，这项技术是业界首创，保留栅极密度与元件宽度的弹性。6、CFET晶体管架构从平面式（planer）发展到FinFET，再转至纳米片架构，下一个制程之一是“互补式场效晶体管”（CFET），即将nFET和pFET垂直堆叠。这项技术将硅（Si）和锗（Ge）等不同材料从上下方堆叠，使p型和n型的场效晶体管更靠近。透过这种叠加方式，CFET消除ntop分开的瓶颈，将运作单元活动区域（cellactivearea）面积减少2倍。台积电指出这项技术可大幅改善零组件电流，使CFET密度提升1.5~2倍。目前台积电已成功验证在晶圆上，可把nFET和pFET放在晶体管上。张晓强过去也在ISSCC2024分享台积电实验室成功做出的CFET架构，当时他表示“这是在实验室做出来真正的整合元件，可以看到曲线多么漂亮（下图左），这在推动晶体管架构的创新上是一大里程碑”。先进封装1、SoW（系统级整合技术）SoW采用台积电InFO和CoWoS封装技术，用整个晶圆将逻辑裸晶（LogicDie）和HBM记忆体整合起来。台积电希望不只是ChipLevel，希望透过Systemlevel使性能、速度等面向都有所提升。目前采用InFO技术的系统级晶圆已经量产，计画开发并推出采CoWoS技术的系统级晶圆，整合SoC或SoIC、HBM及其他元件，预计2027年量产。目标用于AI、HPC领域，扩充下一代数据中心所需的运算能力。2、3DFabric台积电3DFabric技术家族包含SoIC、CoWoS、InFO三大平台，包括2D和3D前端和后端互连技术。3、SoICSoIC平台用于3D硅芯片堆叠，并提供SoIC-P（Bumped）和SoIC-X（Bumpless）两种堆叠方案。SoIC-P是微凸块堆叠解决方案，适用行动应用等讲求成本效益的应用。另一个SoIC-X解决方式采HybridBonding（混合键合），适合HPC、AI领域，此解决方案好处是接点间距（Pitch）可做到几微米（µm），增加两个芯片间的互连接口（interconnectinterface），使互联密度达到新的层级。张晓强指出，台积电目前HybridBonding的键合间距（Bondpitch）密度目前可做到6微米，未来可到2~3微米；同时推进微凸块（MicronBump）技术，目前在30几个微米，未来目标是降到十几个微米。台积电透露，目前看到客户对于SoIC-X技术需求逐渐增加，预计到2026年底将会有30个客户设计定案。4、CoWoS/InFOCoWoS包括CoWoS-S、CoWoS-L和CoWoS-R，主要是根据中介层材质不同，成本也不同。CoWoS-S中介层是采用硅（Sillicon），CoWoS-L使用LSI（本地硅互连），CoWoS-R中介层使用RDL布线来连接小芯片。根据产品需求，SoIC芯片可与CoWoS或InFO整合。目前第一个采用SoIC-X和CoWoS技术的就是AMD的MI300A/MI300X。台积电和NVIDIA合作推出的BlackwellAI加速器，采用CoWoS-L技术，为2个采用5纳米制程的SoC和8个HBM堆叠整合在一个模组。此外，台积电CoWoS技术可将先进的SoC/SoIC与HBM进行整合，满足市面上AI芯片的严苛要求。台积目前SoIC已透过CoWoS-S量产出货，并计画开发一种8倍光罩尺寸的SoIC芯片（采A16制程）和12个高频宽记忆体堆叠的CoWoS解决方案（下图的中下方），预计2027年开始量产。硅光子张晓强指出，硅光子主要有两个部分，其一为光子部分，如光波导等，不需要非常高的制程，65纳米制程即可；另一个是电的部分，电光要进行转换，电必须越来越快，因此需要7纳米、甚至5纳米先进制程加入。硅光子布局，台积电正在研发COUPE（紧凑型通用光子引擎），将电子裸晶（EIC）透过SoIC-X的3D堆叠技术，堆叠在光子裸晶（PIC）上，使功耗带来巨大改进，叠起来后面积也会缩小。相较传统堆叠，这种方式能使裸晶对裸晶介面有最低电阻及更高能源效率。值得注意的是，透过SoIC-X的铜对铜（Cu-Cu）HybridBonding，可实现超高速RF射频讯号。张晓强解释，之后COUPE（即光子引擎）会再与运算芯片（ComputeDie）整合起来，也需要很多缆线进来接上，因此3D堆叠技术相当重要。台积电计画2025年完成小型插拔式连接器的COUPE验证，于2026年整合到共同封装光学元件（CPO）的CoWoS封装基板，使EIC/PIC/交换器在封装层高度整合，这有助于降低2倍功耗、延迟降低10倍。此外，台积电也打算将COUPE整合进CoWoS中介层中，进而将功耗再降低5倍、延迟再降低2倍。目前COUPE产品主要适用于HPC领域或数据中心。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432366.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432366.htm