Neuralink发布芯片，黑科技到底有多黑？

今天，硅谷传奇人物马斯克的脑机接口公司Neuralink隆重召开了一场新闻发布会。在吊足了群众胃口之后，发布会顺利召开，内容主要是发布了三样东西：Neuralink N1芯片、基于N1的系统（包括电极和手机软件）以及未来的计划（大饼）。让我们来看看神秘的Neuralink芯片到底有多领先。

Neuralink的芯片系统

目前脑机接口主要分为两大流派：无创派和有创派。

无创派主要使用的技术是包括EEG（脑电信号）、EMG（肌电信号）等传感器，在体外读取神经信号，这样不用做手术植入。然而，无创目前主要面对的问题是信号问题：能读取的信号种类的信噪比都很有限。例如，EEG是整个大脑神经活动产生电信号的叠加，因此难以区分不同部位的神经活动；此外信号经过头皮衰减导致信噪比很差。因此无创脑机通常用在消费电子领域较多，实现一些较简单的功能，例如情绪检测，简单的人机交互等。

Neuralink是有创派的代表之一，使用的是植入式电极。例如Neuralink的技术称为“neural dust”，即微型化的可植入脑机接口系统，未来希望能做微创手术即可植入。植入式脑机接口能做的事情就更多了，由于它可以采集到更多种类且质量更高的信号，因此可以实现一些更科幻的功能，例如帮助下肢瘫痪的病人行走（目前已基本实现，如UCLA Wentai Liu组的工作），帮助失去说话能力的病人说话（目前已经实现，如UCSF Edward Chang组的工作）。然而其主要问题是需要做手术，因此应用场景通常局限在医疗相关。

本次Neuralink发布的脑机接口从功能上说，主要亮点在于提供了一套整体解决方案。首先，该系统具有很高的集成度，单芯片能支持1024通道读出和刺激，预计能实现闭环脑机接口（读出+刺激），通过多芯片集成能实现更多通道读出。此外，该系统使用无线电感线圈供电并完成无线数据传输，因此能实现无线操作，不用从脑部拖一根线出来。在体外还设计了手机App来完成数据的后处理等。从芯片、封装、电子系统到后端的算法和手机端App，整个系统相对于学术界来说要更完整。

N1指标领先吗？

N1芯片包括多个部分，但是其中最主要的部分还是“Analog Pixel”，即电极信号的放大以及A／D处理。从芯片版图上来看，规整的模拟部分占了大部分，而数字部分大约占据了10%左右的面积。

Analog Pixel主要包括LNA+ADC，其中ADC采样率20KS，精度10 bit。从Analog Pixel的指标来看，该指标看起来处于全球领先水平——即你能在ISSCC上看到的论文的水准，但是并没有跨代级别的领先优势。举例来说，其RMS噪声和单通道功耗来看，与2017年York University和Toronto University发表在ISSCC的论文相比并无明显优势。

毕竟，Neuralink也是从全球的名牌大学招人做研发，而不是挖到了远古黑科技或者接触了外星人——因此他们的芯片技术水准应当就是ISSCC水准。

结语

脑机接口是一个很有意思的方向。Neuralink的故事告诉我们，其实世界上并没有黑科技，但是多学科交叉加设计完整系统能构建很高的竞争壁垒——从芯片上来看Neuralink并非一骑绝尘，但是Neuralink能同时找到全球顶尖的芯片设计师、脑神经科学家、软件算法工程师和系统工程师，就能做出其他人难以实现的东西。