Les nouvelles puces d'IBM calculent plus comme nous

Une micropuce avec à peu près autant de puissance cérébrale qu'un ver de jardin peut ne pas sembler très impressionnante, comparée aux puces incroyablement rapides des ordinateurs personnels modernes. Mais une nouvelle puce électronique fabriquée par des chercheurs d'IBM représente un jalon. Contrairement à une puce ordinaire, elle imite le fonctionnement d'un cerveau biologique, un exploit qui pourrait ouvrir de nouvelles possibilités en matière de calcul.

Des jeux d'entraînement cérébral: Une nouvelle puce IBM lit l'écriture d'un chercheur.

À l'intérieur du cerveau, les informations sont traitées en parallèle, et le calcul et la mémoire sont liés. Chaque neurone est connecté à de nombreux autres, et la force de ces connexions change constamment au fur et à mesure que le cerveau apprend. Ces dynamiques sont considérées comme cruciales pour l'apprentissage et la mémoire, et c'est ce que les chercheurs ont cherché à imiter dans le silicium. Les puces conventionnelles, en revanche, traitent un bit après l'autre et dérivent les informations entre un processeur discret et des composants de mémoire. Plus un problème est important, plus le nombre de bits à mélanger est important.

Les chercheurs d'IBM ont construit et testé deux puces de démonstration qui stockent et traitent les informations d'une manière qui imite un système nerveux naturel. La société affirme que ces premières puces pourraient être les éléments constitutifs de quelque chose de beaucoup plus ambitieux : un ordinateur de la taille d'une boîte à chaussures qui a environ la moitié de la complexité d'un cerveau humain et ne consomme qu'un kilowatt d'énergie. Ceci est développé avec un financement de 21 millions de dollars de la Defense Advanced Research Projects Agency, en collaboration avec plusieurs universités.

Les chercheurs de l'entreprise et leurs collaborateurs académiques présenteront deux articles le mois prochain au Circuits intégrés personnalisés conférence à San Jose, Californie, montrant que les conceptions de puces ont des besoins en énergie très faibles et fonctionnent avec un logiciel imitant les circuits neuronaux. Dans une expérience, un noyau neural, comme les nouvelles puces sont appelées, apprend à jouer au Pong ; dans un autre, il apprend à piloter une voiture sur une simple piste de course ; et dans un autre, il apprend à reconnaître les images.

Les ordinateurs conventionnels sont devenus très puissants, mais ils nécessitent d'énormes quantités de capacité et de puissance pour imiter les tâches que les humains tiennent pour acquises. Le système informatique Watson d'IBM, par exemple, a battu deux des meilleurs Péril! joueurs dans un match en février. Mais il fallait 16 téraoctets de mémoire et un cluster de serveurs extrêmement puissants pour le faire.

Le cerveau a brillamment résolu ces problèmes, avec seulement 10 watts de puissance, dit Kwabena Boahen , professeur de bio-ingénierie à l'Université de Stanford qui n'est pas actuellement impliqué dans le projet IBM. Une machine avec l'intelligence dont nous disposons pourrait lire et établir des connexions, extraire des informations et leur donner un sens, plutôt que de simplement faire des correspondances.

Cependant, la façon dont un tel ordinateur cognitif devrait être conçu et comment il devrait fonctionner est controversée. Après tout, les biologistes ne comprennent toujours pas comment fonctionne le cerveau.

IBM n'a publié que des détails limités sur le fonctionnement et les performances de ses nouvelles puces. Mais chef de projet Dharmendra Modha dit que les puces vont au-delà des travaux antérieurs dans ce domaine en imitant deux aspects du cerveau : la proximité des parties responsables de la mémoire et du calcul (imitée par le matériel) et le fait que les connexions entre ces parties peuvent être établies et défaites, et devenir plus fortes ou plus faible dans le temps (accompli par le logiciel).

Les nouvelles puces contiennent des transistors numériques de 45 nanomètres construits directement sur une matrice mémoire. C'est comme avoir un stockage de données à côté de chaque porte logique dans le processeur, explique l'informaticien de l'Université Cornell Rajit Manohar , qui collabore avec IBM sur la conception de matériel. De manière critique, cela signifie que les puces consomment 45 picojoules par événement, imitant la transmission d'une impulsion dans un réseau de neurones. C'est environ 1 000 fois moins d'énergie qu'un ordinateur conventionnel consomme, dit Gert Cauwenberghs , directeur de l'Institute for Neural Computation de l'Université de Californie à San Diego.

Jusqu'à présent, l'équipe d'IBM n'a démontré que des logiciels très basiques sur ces puces, mais ils ont jeté les bases de l'exécution de logiciels plus complexes sur des ordinateurs plus simples que cela n'était possible dans le passé. En 2009, le groupe de Modha a exécuté des simulations d'un réseau de neurones aussi complexe qu'un cerveau de chat sur un superordinateur. Ils se sont fait les dents sur des simulations massives, dit Michel Arbib , directeur du projet USC Brain. Maintenant, ils ont mis au point des puces qui peuvent faciliter [l'exécution de logiciels d'informatique cognitive] - mais ils n'ont pas encore prouvé cela, dit-il.

Le groupe de Modha a commencé par modéliser un système de complexité semblable à celui d'une souris, puis est passé à un rat, un chat et enfin un singe. A chaque fois, ils ont dû passer à un supercalculateur plus puissant. Et ils n'ont pas pu exécuter les simulations en temps réel, en raison de la séparation entre la mémoire et le processeur que les nouvelles conceptions de puces sont censées surmonter. Le nouveau matériel devrait exécuter ce logiciel plus rapidement, en utilisant moins d'énergie et dans un espace plus petit. Notre objectif final est un système d'informatique cognitive à l'échelle humaine, dit Modha.

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