Une meilleure façon de construire des puces inspirées par le cerveau

Les memristors, des appareils électroniques exotiques dont l'existence n'a été confirmée qu'en 2008, ont été utilisés pour créer une puce qui emprunte des points de conception au cerveau. Le prototype de puce n'a rien appris de plus difficile que de reconnaître des motifs en noir et blanc extrêmement simples. Mais des versions plus grandes et plus complexes pourraient permettre aux ordinateurs de mieux comprendre la parole, les images et le monde qui les entoure.

Ce circuit peut apprendre à reconnaître des motifs simples en noir et blanc, grâce à des dispositifs appelés memristors situés à chaque endroit où les fils se croisent.

Le circuit de la puce, construit par des chercheurs de l'Université de Californie à Santa Barbara et de l'Université de Stony Brook, traite les données non pas avec des circuits logiques numériques mais avec des éléments qui imitent, sous une forme simplifiée, les neurones et les synapses des cerveaux biologiques. Lorsqu'un tel réseau est exposé à de nouvelles données, il apprend à mesure que les synapses qui connectent les neurones ajustent l'influence des neurones les uns sur les autres.

Les versions logicielles des réseaux de neurones artificiels existent depuis longtemps, et les grandes ont récemment produit des percées dans la reconnaissance vocale et faciale de sociétés telles que Google et Facebook (voir 10 Breakthrough Technologies 2013 : Deep Learning). Mais de tels réseaux de neurones simulés taxent les ordinateurs conventionnels. Une expérience de Google dans laquelle un grand réseau de neurones a appris à reconnaître les chats à partir d'images YouTube a fonctionné sur 16 000 processeurs pendant trois jours. La construction physique d'un réseau de neurones sur une puce pourrait rendre ce type de traitement de l'information beaucoup plus efficace et pratique. De telles puces pourraient permettre aux robots mobiles, par exemple, de devenir beaucoup plus intelligents.

Des puces inspirées du cerveau – ou neuromorphiques – ont déjà été fabriquées et IBM essaie de les commercialiser (voir Thinking in Silicon ). Ils utilisent généralement les mêmes transistors en silicium et circuits numériques qui composent les processeurs informatiques ordinaires. Mais ces composants numériques ne sont pas adaptés pour imiter les synapses, dit Dmitri Strukov , professeur adjoint à l'Université de Californie à Santa Barbara, qui a dirigé les travaux sur la nouvelle puce memristor. De nombreux transistors et circuits numériques sont nécessaires pour représenter une seule synapse. En revanche, chacune des quelque 100 synapses de la puce UCSB est représentée à l'aide d'un seul memristor.

Une synapse [biologique] est un dispositif de mémoire analogique, et il n'y a vraiment aucun bon moyen de l'implémenter de manière compacte et économe en énergie avec la technologie conventionnelle, explique Strukov. Les memristors en eux-mêmes sont un dispositif de mémoire analogique ; c'est un match parfait.

La nouvelle puce est décrite aujourd'hui dans un papier dans la revue La nature . Dans un commentaire connexe sur l'œuvre, Robert Legenstein , professeur agrégé à l'Université de technologie de Graz en Autriche, a écrit : Si cette conception peut être étendue à de grandes tailles de réseau, cela affectera l'avenir de l'informatique... Les ordinateurs portables, les téléphones portables et les robots pourraient inclure des puces neuromorphiques ultra-basse consommation qui traiter les informations visuelles, auditives et autres types d'informations sensorielles.

Le memristor a été prédit mathématiquement en 1971 par Leon Chua, professeur d'électronique à l'Université de Californie à Berkeley. Il a été déclaré trouvé en 2008, lorsque des chercheurs de Hewlett-Packard, dont Strukov, ont fabriqué des appareils simples dont la résistance électrique encodait une sorte de mémoire du courant qu'ils avaient connu auparavant - exactement la propriété que Chua avait prédite (voir HP Rewires Electronics ). Les appareils ont immédiatement été considérés comme ayant le potentiel d'être utilisés pour un stockage de données plus dense et pour créer des réseaux de neurones matériels.

HP et le fabricant de mémoire SK Hynix ont commencé à essayer de commercialiser le stockage de données memristor en 2010 ; HP fait le pari que la technologie permettra de redéfinir radicalement l'architecture de base des ordinateurs (voir Machine Dreams). Mais jusqu'à présent, personne n'avait créé une puce de réseau neuronal construite uniquement avec des memristors, explique Strukov. Son groupe a développé des moyens de contrôler le processus de fabrication des memristors afin de produire des dispositifs plus fiables qu'auparavant, dit-il.

La puce simple du groupe UCSB n'est qu'une preuve de concept, mais les chercheurs pensent que leurs techniques peuvent être étendues pour créer des appareils plus grands et plus puissants. Strukov affirme que la technologie pourrait bénéficier des efforts déployés par des entreprises telles que HP et SK Hynix pour commercialiser des memristors pour le stockage de données.

cacher