Les chercheurs font des progrès avec l’informatique neuromorphique

Une équipe de chercheurs de l’Institut de science et de technologie avancée de Corée (KAIST) a rapporté un dispositif de mémoire neuromorphique de taille nanométrique qui émule les neurones et les synapses simultanément dans une cellule unitaire. Cette nouvelle avancée est un grand pas vers la réalisation de l’informatique neuromorphique qui peut imiter le cerveau humain avec des dispositifs à semi-conducteurs. 

La recherche a été publiée dans Nature Communications.

Réaliser l’IA avec l’informatique neuromorphique

Les experts travaillent sur l’informatique neuromorphique pour réaliser l’intelligence artificielle (IA) en imitant les mécanismes des neurones et des synapses du cerveau humain. Les ordinateurs actuels ne peuvent pas fournir certaines fonctions cognitives du cerveau humain en raison de plusieurs limitations, mais leur potentiel a été exploré de manière approfondie. 

Cela étant dit, les circuits neuromorphiques à base de CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) actuels relient les neurones et les synapses artificiels sans interactions synergiques. La mise en œuvre des neurones et des synapses s’est avérée difficile. 

Pour surmonter ces limitations, l’équipe de recherche dirigée par le professeur Keon Jae Lee du département des sciences et de la technologie des matériaux a mis en œuvre les mécanismes de fonctionnement biologique des humains en introduisant les interactions entre les neurones et les synapses dans une cellule de mémoire unique. Cela diffère de l’approche traditionnelle de connexion électrique des dispositifs neuronals et synaptiques artificiels. 

Dispositifs synaptiques artificiels

Les dispositifs synaptiques artificiels qui ont été étudiés précédemment sont souvent utilisés pour accélérer les calculs parallèles, ce qui montre des différences claires avec les mécanismes de fonctionnement du cerveau humain. En mettant en œuvre les interactions synergiques entre les neurones et les synapses dans le dispositif de mémoire neuromorphique, les mécanismes du réseau neural biologique ont pu être émulés. Le dispositif neuromorphique peut également remplacer les circuits de neurones CMOS complexes par un seul dispositif, ce qui améliore la scalabilité et l’efficacité coût. 

Le cerveau humain est composé d’un réseau complexe de 100 milliards de neurones et de 100 billions de synapses, et les fonctions et les structures de ces éléments peuvent changer en fonction des stimuli externes, ce qui leur permet de s’adapter à l’environnement qui les entoure. Le dispositif neuromorphique développé par l’équipe permet la coexistence de la mémoire à court terme et de la mémoire à long terme en utilisant des dispositifs de mémoire volatiles et non volatiles qui imitent les caractéristiques des neurones et des synapses. La mémoire volatile est représentée par un dispositif de commutation de seuil, tandis que la mémoire à changement de phase est utilisée comme dispositif non volatile. Avec deux dispositifs de film mince intégrés sans électrodes immédiates, la fonctionnalité adaptative des neurones et des synapses a pu être mise en œuvre dans la mémoire neuromorphique. 

“Les neurones et les synapses interagissent les uns avec les autres pour établir des fonctions cognitives telles que la mémoire et l’apprentissage, donc simuler les deux est un élément essentiel pour l’intelligence artificielle inspirée du cerveau”, a déclaré le professeur Lee. “Le dispositif de mémoire neuromorphique développé mime également l’effet de réentraînement qui permet un apprentissage rapide des informations oubliées en mettant en œuvre un effet de rétroaction positive entre les neurones et les synapses.”