Composant pour ordinateur neuromorphique –

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  • Les réseaux de neurones sont parmi les outils les plus importants de l’intelligence artificielle (IA): ils imitent le fonctionnement du cerveau humain et peuvent reconnaître de manière fiable des textes, du langage et des images, pour n’en citer que quelques-uns. Jusqu’à présent, ils fonctionnent sur des processeurs traditionnels sous la forme de logiciels adaptatifs, mais les experts travaillent sur un concept alternatif, «l’ordinateur neuromorphique». Dans ce cas, les points de commutation du cerveau – les neurones – ne sont pas simulés par un logiciel mais reconstruits dans des composants matériels. Une équipe de chercheurs du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) a maintenant démontré une nouvelle approche de ce matériel: des ondes magnétiques ciblées qui sont générées et divisées en tranches micrométriques. En regardant vers l’avenir, cela pourrait signifier que les tâches d’optimisation et la reconnaissance de formes pourraient être effectuées plus rapidement et avec plus d’efficacité énergétique. Les chercheurs ont présenté leurs résultats dans la revue Lettres d’examen physique.

    L’équipe a basé ses recherches sur un minuscule disque du matériau magnétique fer nickel, d’un diamètre de quelques micromètres de large. Un anneau en or est placé autour de ce disque: lorsqu’un courant alternatif de l’ordre du gigahertz le traverse, il émet des micro-ondes qui excitent des ondes dites de spin dans le disque. «Les électrons du fer nickel présentent une rotation, une sorte de tourbillon sur place un peu comme une toupie», explique Helmut Schultheiß, responsable du groupe Emmy Noether «Magnonics» chez HZDR. “Nous utilisons les impulsions micro-ondes pour faire dévier légèrement le sommet de l’électron.” Les électrons transmettent ensuite cette perturbation à leurs voisins respectifs – ce qui fait qu’une onde de spin traverse le matériau. Les informations peuvent être transportées très efficacement de cette manière sans avoir à déplacer les électrons eux-mêmes, ce qui se produit dans les puces informatiques d’aujourd’hui.

    En 2019, le groupe Schultheiß a découvert quelque chose de remarquable: dans certaines circonstances, l’onde de spin générée dans le vortex magnétique peut être divisée en deux ondes, chacune avec une fréquence réduite. «Les effets dits non linéaires en sont responsables», explique le collègue de Schultheiß, Lukas Körber. “Ils ne sont activés que lorsque la puissance micro-ondes irradiée franchit un certain seuil.” Un tel comportement suggère que les ondes de spin sont des candidats prometteurs pour les neurones artificiels car il existe un parallèle étonnant avec le fonctionnement du cerveau: ces neurones ne se déclenchent également que lorsqu’un certain seuil de stimulation a été franchi.

    Leurre micro-ondes

    Au début, cependant, les scientifiques étaient incapables de contrôler très précisément la division de l’onde de spin. Körber explique pourquoi: “Lorsque nous avons envoyé le micro-ondes dans le disque, il y avait un délai avant que l’onde de spin ne se divise en deux nouvelles ondes. Et c’était difficile à contrôler.” L’équipe a donc dû trouver un moyen de contourner le problème, qu’elle a maintenant décrit dans les lettres d’examen physique: en plus de l’anneau en or, une petite bande magnétique est attachée à proximité de la plaquette magnétique. Un signal micro-ondes court génère une onde de spin dans cette bande qui peut interagir avec l’onde de spin dans la plaquette et agir ainsi comme une sorte de leurre. L’onde de spin dans la bande fait que l’onde dans la tranche se divise plus rapidement. «Un signal supplémentaire très court suffit pour accélérer la séparation», explique Körber. “Cela signifie que nous pouvons maintenant déclencher le processus et contrôler le décalage.”

    Ce qui signifie également qu’en principe, il a été prouvé que les plaquettes à ondes de spin conviennent aux neurones matériels artificiels – elles commutent de la même manière vers les cellules nerveuses du cerveau et peuvent être directement contrôlées. “La prochaine chose que nous voulons faire est de construire un petit réseau avec nos neurones à ondes de spin”, annonce Helmut Schultheiß. “Ce réseau neuromorphique devrait alors effectuer des tâches simples telles que la reconnaissance de modèles simples.”

    Reconnaissance faciale et optimisation du trafic La reconnaissance de formes est l’une des principales applications de l’IA. La reconnaissance faciale sur un smartphone, par exemple, évite la nécessité d’un mot de passe. Pour que cela fonctionne, un réseau de neurones doit être formé à l’avance, ce qui implique une puissance de calcul énorme et des quantités massives de données. Les fabricants de smartphones transfèrent ce réseau vers une puce spéciale qui est ensuite intégrée au téléphone portable. Mais la puce a une faiblesse. Il n’est pas adaptatif et ne peut donc pas reconnaître les visages portant un masque Covid, par exemple.

    Un ordinateur neuromorphique, en revanche, pourrait également faire face à des situations comme celle-ci: contrairement aux puces conventionnelles, ses composants ne sont pas câblés mais fonctionnent comme des cellules nerveuses dans le cerveau. “Pour cette raison, un ordinateur neuromorphique pourrait traiter de gros volumes de données à la fois, tout comme un humain – et de manière très efficace en termes d’énergie”, s’enthousiasme Schultheiß. Outre la reconnaissance de formes, le nouveau type d’ordinateur pourrait également s’avérer utile dans un autre domaine économiquement pertinent: pour les tâches d’optimisation telles que les planificateurs d’itinéraire de smartphone de haute précision.

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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    Houssen Moshinaly

    Rédacteur web depuis 2009 et webmestre depuis 2011.

    Je m'intéresse à tous les sujets comme la politique, la culture, la géopolitique, l'économie ou la technologie. Toute information permettant d'éclairer mon esprit et donc, le vôtre, dans un monde obscur et à la dérive.

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