填补国内市场空白！这家人机接口芯片厂商另辟蹊径
随着科技的发展，通过生物芯片直接实现人机交互，为人们的健康带来帮助已经从理论逐渐走向现实。
在近期的 Neuralink“Show and Tell” 活动中，被成为“科学狂人”的联合创始人埃隆·马斯克公布了Neuralink在脑机接口领域的最新进展情况，并表示一旦美国食品药品监督管理局FDA审查通过，在未来6个月内，相关芯片等设备就可以植入人脑试验，以帮助有需要的人群恢复视力、听力和四肢运动等能力。
该项目发展潜力巨大，让诸多行业看到了前所未有的蓝海市场，但目前的困难在于与其有关的大多技术和应用仍处在不成熟的试验阶段。为此，行业内诸多玩家开始另辟蹊径，从可编程高密度神经刺激芯片作为突破口，以摆脱行业当前的困境，暖芯迦就是其中之一。
最近，芯八哥“走进产业链”栏目记者采访了国内生物芯片的领先企业—暖芯迦的副总裁林科。探讨在生物芯片加速发展的背景下，当前暖芯迦企业的发展情况以及对行业未来发展的展望。
神经接口芯片填补了国内相关领域的空白，为人机接口的推进打开了宽阔的大门
据了解，暖芯迦成立于2014年，致力于神经接口芯片、生物传感器芯片和相关医疗器械产品的研发和销售，公司产品填补了我国相关生物芯片领域的空白，并且技术跻身世界尖端水平。在公司的不断努力下，近年来其产品已经导入众多大客户的供应链体系，并且已经实现超过百万级别的批量出货验证。
在神经接口领域，包含神经刺激技术和神经记录技术两大类。由于神经调控技术具有可调控、可逆性、持久性和靶向性等诸多特点，能够广泛应用于神经系统导致的神经系统损伤、运动功能障碍、慢性疼痛、痉挛状态、癫痫、胃肠及膀胱功能障碍、外周血管疾病、心脏缺血、视听觉障碍以及心因性疾病（如抑郁症、强迫症）等各种病症上，具有非常广阔的市场空间，正成为目前市场的热点。
基于创始团队在该领域的技术积累和研发经验，暖芯迦自成立以来在神经接口领域已经相继推出了多功能神经刺激芯片、可编程高密度神经刺激芯片、可编程通用刺激芯片等多个系列产品。
暖芯迦多功能神经刺激芯片TENS-NS4
资料来源：暖芯迦
作为公司第一款神经接口领域产品，多功能神经刺激芯片TENS-NS4发布于2019年，主要针对家用理疗设备市场而研发。
在功能上，TENS-NS4能够提供双相电流刺激脉冲，支持TENS、EMS辅助增肌（ASP）和EMS康复（RP）三种模式，通过改变及组合不同的脉冲宽度、强度和时间间隔，可以对用户实现按摩镇痛、辅助增肌、肌肉康复的多效功能。
林科表示：该芯片虽小但功能强大，拥有高度集成的一体化设计，具有兼容性高、可拓展性强、功耗低等特点，不仅可以刺激神经末梢实现按摩镇痛，还可刺激肌肉收缩实现辅助增肌，并帮助无法自主训练的人进行肌肉康复。另外，该芯片方案还可以帮助智能按摩贴、大型理疗仪、护理床、按摩椅等多种产品赋能，以实现微型化、低成本、低功耗的解决方案。
在首款芯片小试牛刀后，暖芯迦紧接着在2020年发布了高密度可编程神经刺激芯片，旨在满足多种脑机接口应用及开发需求。
暖芯迦高密度可编程神经刺激芯片
资料来源：暖芯迦
暖芯迦发布的这款芯片，其尺寸小于10mm2，包含多达320个刺激电极和1个共用回路电极，可实现复杂但低功耗的集成数字控制器独立控制，做到刺激参数在很宽的范围内高精度灵活可调。
林科介绍道，正是因为其具有高度可编程的特性，彻底打破了传统神经刺激qi仅为特定专业应用而定制开发的桎梏，具有广阔的生物医疗应用价值，如与神经记录系统结合，可以构成一个完整的闭环脑机接口，可用于治疗癫痫的反应性神经刺激（RNS）或深部脑刺激（DBS）治疗帕金森氏病等设备的核心，未来还将在更多生物领域发挥更大价值。
值得重点提及的是，该款芯片的发布，为各种人机接口的研发与应用打开了宽阔的大门。
基于该芯片及相关技术，暖芯迦已经研发出了一项超高密度脑机神经接口的应用——高分辨率人工视网膜。据其介绍，该视网膜是当前国际上分辨率最高的人工视觉技术，主要原理为通过体外佩戴的装置将实时图像信号转变为神经电信号，再无线传输至植入在眼球内部的高密度刺激芯片，最后通过与芯片连接的电极阵列将信号经视神经通路传至大脑皮层重现图像。
在应用上，该产品采用完全生物封装技术，只需一次眼底手术即可植入，治疗花费是目前市场上类似产品的1/5，但因为其具有业内领先的320个刺激通道，分辨率却比同类产品高5倍以上，可以恢复盲人或中心视力缺失患者的功能性视力。
鉴于高分辨率人工视网膜项目具有较好的商业化应用前景，该项目此前就入选了国家重点研发专项计划，即将进入临床试验阶段。
除了可编程高密度神经刺激芯片外，在2022年暖芯迦还发布了可编程通用神经刺激芯片“元神”ENS001。据公司介绍，“元神”是业内首款多通道、刺激参数与波形完全可编程并支持多种刺激模式的SoC芯片，提供了高度灵活性、适配性以及闭环控制，可应用于已知的绝大部分神经调控应用场景，是具有颠覆行业潜力的一款芯片。
元神ENS001芯片实物图
资料来源：暖芯迦
林科指出：元神ENS001是一款全新的专为神经调控应用而设计的芯片系统（SoC）。芯片集成三种刺激电路（驱动器A，驱动器B，驱动器C），支持通过对芯片编程实现任意波形，可适用于绝大部分刺激qi的应用。其中，驱动器A支持4通道同时输出，适用于TENS、IFT、助眠和EMS等设备；驱动器B可支持最高23通道分时输出，可在10V-20V电压下输出8uA-2mA电流，并达到100%电荷平衡，适用于人工耳蜗等植入体；驱动器C支持8通道同时输出，适用于DBS和SCS等植入体。目前该芯片已有大量的客户在验证和接近验证尾声的阶段，今年就会实现大批量的出货。
元神ENS001典型应用列表
资料来源：暖芯迦
生物传感芯片向高集成度、高精度方向发展，可实现对多项生命指征进行检测
早在两千多年前，《黄帝内经》中就提出“上医治未病，中医治欲病，下医治已病”的医学观念。经过此次疫情后，防重于治的思想已经逐渐深入人心。
此外，随着经济的发展以及都市生活节奏的加快，亚健康人群持续增长，消费者对身体健康指标检测的需求也在进一步提高。由于便捷体检的方式较少，因此通过生物传感芯片快速获得人体核心健康参数的产品，在市场上受到了极大的热捧。
面对市场日益增长的需求，在生物传感领域，暖芯迦已经推出了生命指征参数检测芯片、生物分子信号处理芯片等系列产品。
生物分子信号处理芯片方面，暖芯迦自主研发多种生物小信号芯片具有高度集成一体化设计，传感器体积小、线程范围大、安装方便，可实现对血糖、尿酸、乳酸、电解质等各种生物分子的检测，给临床医学和家庭应用提供有用的帮助。
而在生命指征参数检测芯片方面，公司自主研发多种人体健康检测芯片并定制标准模块，以国际专利算法为支撑，实现如体温、心率、呼吸率、焦虑指数、体脂率等数十项人体核心健康指标的快速精准检测和实时监控，并可根据需求定制更多参数。
暖芯迦生命指征参数检测芯片的主要应用
资料来源：暖芯迦
以汽车应用场景为例，如今的汽车消费群体普遍存在亚健康问题和疾病隐患，对大健康管理的需求与日俱增，而心律方向盘的研发让汽车从单一的运输功能向多元化发展，有效迎合了市场需求。
暖芯迦的健康检测模块通过国际发明专利算法，经由皮肤接触可扩展检测驾驶人群静息心率、心律不齐、BMI、呼吸率、体脂率、体水分率、焦虑指数等近20项人体核心健康指标，并可通过数据分析提出改善建议，让智能驾驶与健康同行。
经过多次迭代升级，在去年7月暖芯迦推出了业内首款可同时监测心电(ECG)、脉搏（PPG）、脑电（EEG）和肌电信号（EMG）的SoC芯片—“九感”EPC001。据了解，该款芯片专为采集生物电信号而设计，可帮助正在寻求连续监测多种健康体征参数的厂商快速创建独特、高精度的系统解决方案。
EPC001芯片实物图
资料来源：暖芯迦
EPC001芯片集成了高精度EEG/ECG/EMG/PPG模拟前端(AFE)、64MHz RISC-V单片机(MCU)、强大的ECG/PPG特征提取功能(Heart APP)和24bit高精度ADC等模块，是一款高度集成的可穿戴健康设备解决方案芯片。由于具有高精度和高集成度的优良特性，该款芯片不仅可以替换消费类电子手表、手环、智能穿戴产品原有的方案，还可适用于多导联心电设备、多通道信号采集设备、无线脑电采集设备等医疗器械设备上。虽然该产品发布仅半年时间，但已经在客户中实现量产出货。
林科说道。
生物芯片行业迎来快速发展，暖芯迦快马加鞭以继续扩大先发优势
近年来，伴随人口老龄化的加剧以及慢性病患病率的升高，健康管理的理念逐渐普及。生物芯片凭借可实现对疾病的预警、预防和个体化治疗，而成为了大健康产业的热点，迎来快速发展。
根据赛迪顾问的数据，2020年全球生物芯片市场规模约为1120亿元，预计未来5年将保持11%的年复合增长率，到2025 年将达1821亿元。中国市场方面，随着需求持续扩大，市场规模也将保持高增速， 预计到 2025 年市场规模将达184亿元。
资料来源：赛迪顾问
从竞争格局来看，国外厂商起步较早，暂时拥有技术上的先发优势；而我国生物芯片尽管起步较晚，但是技术和产业发展迅速，在一些领域上已经取得了较大成就。
不过，需要注意的是，我国生物芯片行业整体而言还处于起步发展阶段，由于技术壁垒的限制，目前行业竞争企业较少，因此头部企业销售利润率都维持在较高水平。但是也有一些企业因为技术商业化程度比较低或者存在困难，导致连续多年都处于亏损的状态。即便如此，面对未来广泛的应用场景和极大的发展空间，还是有越来越多的研究机构和企业把资源投入到了生物芯片这一领域，以寻求企业新的利润增长点。
在谈及对行业的看法以及公司的竞争优势时，林科表示，生物芯片作为一种新兴的细分芯片领域，被认为是最具潜力的市场之一，目前正朝着微型化、集成化、多样化、微量化、全自动化、数据库完善化等方向发展。不过，由于多种原因导致现在国际生物芯片市场主要被欧美等发达国家企业所垄断，国内占比整体仅5%左右。暖芯迦在国内算是较早进入生物芯片领域的公司之一，公司团队具有先进的国际视野和十多年深耕于生物芯片领域的丰富经验，对于该市场需求有着非常深刻的认知。
在神经刺激领域，我们的芯片和其他公司相比具有更高的刺激通道且具有更高的灵活度，可适用于绝大部分的神经调控应用场景，目前市面上没有类似的芯片产品，因此有很好的竞争力。
林科进一步补充道，而在生物传感领域，暖芯迦对于生物电小信号的检测已有多年的技术积累，是国内少有的技术能力可以采集毫伏级别的PPG和ECG信号、百微伏或几十微伏级别的EEG信号、微伏甚至纳伏级别的神经元信号电流检测的企业之一。
资料来源：暖芯迦
展望未来，林科表示，公司将继续围绕神经接口与生物传感两大领域进行基于底层技术的产品衍生。一方面，为了更好的实现神经调控的效果，暖芯迦正在研发神经信号的记录以实现神经信号的读取。在此基础上，运用现有的神经刺激技术进行刺激，以实现神经系统疾病刺激治疗的闭环；另一方面，不断提升生物电信号的采集和分析的精度，公司将会大力发展生物极小信号的高通量检测技术，在基因测序、神经元动作电位的高通量检测等领域不断开拓，从而让持续健康监测更加有效。
当然，这些目标的实现，离不开大量资金的支持。因此，公司将在今年将启动新一轮的融资，主要用于新产品的研发以及现有产品的市场推广。随着公司业务的快速发展和产品的不断丰富，暖芯迦也已经做好资本市场的整体规划，希望能够在未来5年内实现IPO。
利用前沿科技改善健康、造福人们生活，是暖芯迦一直在做的事情。
目前，公司的可编程高密度神经刺激芯片已经在康复医疗上大规模应用，未来公司将致力于帮助因脑卒中瘫痪的人群恢复运动能力、让失明和失聪群体恢复感知能力、干预帕金森等神经系统疾病、在意念控制智能家居开关、假肢和轮椅的控制、电子对抗等应用上发挥更多的作用。
相信在不久的将来，随着可编程高密度神经刺激芯片的普及，脑机接口将不再是高成本、低效率的研发，它终将会开辟一个新的时代，为我们的生活带来当前难以想象的改进。
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