2025 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuitsプレビュー(6) バイオメディカル回路およびデジタル回路の注目論文

今回は回路設計分野における注目論文の最後として、バイオメディカル回路(北京大学、imec)、ニューラルビデオプロセッサ(KAIST)、デジタル回路(NVIDIA、米ミシガン大学)に関する論文を紹介する。

バイオメディカル回路分野の注目論文

PANDA: A 3.178 TOPS/W Reconfigurable Seizure Prediction And Detection Neural Network Accelerator for Epilepsy Monitoring(てんかん発作の検知と予測に向けた再構成可能な3.178TOPS/Wのニューラルネットワークアクセラレータ) (論文番号:C21-1)

北京大学、南方医科大学、南方科技大学のグループは「PANDA」と呼称するてんかん発作の検知と予測に向けた再構成可能なニューラルネットワークアクセラレータを報告する予定である。

今まで、てんかん発作の連続・長期モニタリングには精度、患者個人へのカスタマイズ性、電力効率の観点で課題があったが、研究グループは、時間的なニューラルネットワークの分割と統計情報を利用したデータフローにより検知/予測演算の効率化を図り、てんかん発作に対し99％の感度と1時間あたり0.43回の誤検出率を3.178TOPS/Wの効率で達成したという。

(上)提案する演算方式、(下)チップ写真 (出所:VLSIシンポジウム委員会、以下すべてのスライド同様)

An Active Silicon Perforated MEA for Seamless 3D Organoid Interfacing with Low-Noise, Scalable Multimodal Electrophysiology(3次元オルガノイドとのシームレスなインタフェース実現のための低ノイズ・拡張可能なマルチモーダル電気生理計測用アクティブ多点電極チップ) (論文番号:C24-1)

細胞活動の多角的イメージ・計測技術として多点電極アレイ(MEA)が利用されるが、CMOS集積による高性能化とオルガノイド対応に対する期待が高まりつつある。

こうしたニーズに応えることを目的にimecおよびKU Leuven(ルーベン・カトリック大学)の研究グループは、低ノイズで高解像度の記録、刺激、電気化学インピーダンス分析(EIS)を可能とするCMOS回路を集積した、3次元オルガノイドとのインタフェース用アクティブシリコン多点電極アレイ(MEA)を開発したことを報告する予定である。

このMEAは256個の多点電極メッシュとマルチプレクサを用いた多重動作を特徴とし、低い入力参照ノイズ(9.1±1.5μVrms、300Hz～10kHz)と低電力(一点あたり11.3μW)を実現したという。心筋細胞を用いたin vitro検証では、高精度神経電位計測、ネットワーク伝搬マッピング、および電圧刺激による細胞電位記録に成功したとのことで、この多点電極アレイチップについて、オンチップ臓器研究の発展に有効な機能と拡張性を提供するものとなるとimecでは主張している。