光谱分析技术是环境监测、医疗诊断等领域的重要工具，设备的小型化与实时化需求不断提升；传统计算光谱仪长期卡在“半微型化”：前端编码器已做小，但后端解码仍依赖数字信号转换与冯·诺依曼架构，系统能耗和延迟难以下降。据测算，在百通道级光谱分析中，传统设备功耗可达毫瓦级，响应时间超过10毫秒，限制了野外勘探、移动医疗等应用落地。 针对这个难题，清华大学集成电路学院牵头，联合上海交大、剑桥大学等机构组成跨国科研团队，提出基于忆阻器存算一体的技术路线。研究表明，忆阻器芯片具备模拟信号处理能力，可减少传统数字转换环节，理论上能将能耗降低90%以上。但在实际融合中存在关键矛盾：光谱重建需要求解欠定线性方程组，对扰动高度敏感；而忆阻器的电导漂移等非理想特性会引入干扰，长期以来被认为难以兼顾精度与低功耗。 团队历时三年实现三项突破：首先建立忆阻鲁棒性理论框架，提出MRM量化指标，将容错要求转化为可用于工程设计的参数；其次提出忆阻器正则化方法（MRG），利用矩阵奇异值截断提升系统抗噪能力；最后设计嵌入式滤波方案（FEM），在硬件层面集成信号处理功能。实验结果显示，该系统在576 KB芯片上实现42.3 dB峰值信噪比，能效较传统方案提升28倍，延迟降至微秒级。 该成果验证了存算一体在智能传感中的应用潜力。业内专家指出，MICS系统可做到邮票尺寸（3cm×3cm）和毫瓦级功耗，适用于无人机、内窥镜等设备，有望在三年内推动光谱分析成本下降60%。更重要的是，其“算法-硬件协同”的设计思路，为存算一体技术在其他应用中的工程化落地提供了可借鉴的方法。
从“算得动”到“算得准”，再到“算得省、算得快、算得稳”——现场光谱分析能力的提升——考验的不只是单项指标，更依赖理论、器件、算法与系统工程的协同。此次以存算一体重构计算链路，为突破便携光谱设备的能耗与延迟瓶颈提供了新路径，也为我国在微型传感与端侧智能计算交叉领域的持续创新拓展了空间。