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Wearable-Design Ein biegsamer KI-Prozessor mit geringem Energieverbrauch

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 1 min Lesedauer

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Speicher- und Recheneinheit sind auf dem KI-Prozessor in einer einzigen Struktur integriert. Das senkt nicht nur Zeit-, sondern auch Energiekosten um 99 Prozent. Spannend für Wearable-Designs ist, dass der Chip einen Biegeradius von 1 mm ohne Funktionsverlust besitzt.

Forscher haben einen biegsamen KI-Chip entwickelt, der vor allem für das Design von Wearables ausgelegt wurde (Symbolbild). (Bild: frei lizenziert / Pixabay)
Forscher haben einen biegsamen KI-Chip entwickelt, der vor allem für das Design von Wearables ausgelegt wurde (Symbolbild).
(Bild: frei lizenziert / Pixabay)

Forscher der Tsinghua-Universität und Peking-Universität haben mit dem Flexi-Chip eine neue Generation flexibler KI-Prozessoren entwickelt, die speziell für Wearables konzipiert wurden. Der in Nature publizierte Chip könnte die Grenzen starrer, energiehungriger Elektronik in tragbaren Geräten überwinden.

Von der Forschung zur Anwendung: Der biegbare Flexi-Chip mit seinen Schlüsseleigenschaften für Smart Textiles, Hautpflaster und medizinische Wearables.(Bild: Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-09931-x)
Von der Forschung zur Anwendung: Der biegbare Flexi-Chip mit seinen Schlüsseleigenschaften für Smart Textiles, Hautpflaster und medizinische Wearables.
(Bild: Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-09931-x)

Das Herzstück des Flexi-Systems bildet eine vollständig digitale SRAM-basierte Compute-in-Memory-Architektur. Dabei werden Speicher- und Recheneinheiten in einer einzigen Struktur integriert. Das ist ein fundamentaler Unterschied zu herkömmlichen von-Neumann-Architekturen. Diese Verschmelzung eliminiert den Zeit- und Energieaufwand für Datenbewegungen zwischen separaten Speicher- und Verarbeitungskomponenten.

Der Chip wird mit Low-Temperature-Polycrystalline-Silicon-(LTPS-)Thin-Film-Transistoren auf einem flexiblen Kunststoffsubstrat gefertigt. Dank dieser Technik ist es möglich, das gesamte System auf biegbare Oberflächen zu drucken. Dadurch sind Dehnung, Verdrehung und Knicken ohne Bruch des Schaltkreises möglich. Mechanische Tests haben eine Robustheit von über 40.000 Zyklen bei einer Biegung von 180 Grad bestätigt, ohne dass es zu Leistungsverlusten oder einer Beeinträchtigung der Langzeitstabilität über sechs Monate kommt.

Die technischen Details des Flexi-Chips

  • 10.628 Transistoren auf 31,12 mm² in der Version Flexi-1,
  • 55,94 Mikrowatt (weniger als 1 % konventioneller Chips),
  • 99,2 % Genauigkeit bei Herzrhythmusstörungen, 97,4 % bei Aktivitätserkennung sowie
  • ein Biegeradius bis 1 mm ohne Funktionsverlust.

Die KI-Leistung ist laut den Forschern trotz des minimalen Hardwareeinsatzes beeindruckend. Mit einer Speicherkapaztität von 1 KBit erreicht der Chip durch Neuronale Netzwerk-Kompression und One-Click-Deployment erstaunliche Genauigkeiten bei der Echtzeitanalyse von Sensordaten wie Herzfrequenz, Atmung, Temperatur und Hautfeuchtigkeit. Dabei ist externe Rechenleistung oder sogar eine Cloud-Anbindung nicht notwendig.

Der Flexi-Chip eröffnet Hardware-Entwicklern neue Designmöglichkeiten: Die Energiekosten lassen sich durch In-Memory-Computing senken, zudem sind batteriebetriebene Langzeitanwendungen möglich. Die flexible Integration erlaubt den direkten Einbau in Textilien, Hautpflaster oder Bekleidung. Die Forscher sprechen von angestrebten Produktionskosten von unter einem US-Dollar. Das ist sehr ambitioniert. Es wäre allerdings für Massenanwendungen bei IoT-Edge-Geräten wirtschaftlich sehr attraktiv. (heh)

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