Ordinateurs

IBM fait un pas vers la construction de synapses semi-conductrices artificielles – High-teK.ca

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Les scientifiques et les chercheurs qui tentent de construire des ordinateurs qui tentent de dupliquer certaines des capacités du cerveau, même grossièrement, sont depuis longtemps confrontés à un problème important. Notre meilleure technologie conventionnelle ne ressemble en rien au système biologique qu’elle tente d’imiter, et ce n’est pas non plus simplement une question d’échelle. Les processeurs informatiques sont construits sur du silicium planaire 2D, se connectent via des concentrateurs de contrôleur (à la fois sur puce et entre les nœuds de serveur) et utilisent un système binaire simple pour déterminer si un transistor donné est allumé ou éteint.

Les gens ont tendance à penser qu’il s’agit d’un problème d’échelle. Ce n’est pas le cas. Comme John Hewitt exploré dans un article en janvier, le problème n’est pas que les transistors sont trop gros, c’est que les neurones se connectent les uns aux autres en 3D et sont décidément non binaires. La libération de neurotransmetteurs dans le cerveau est régie par le mouvement des ions calcium à travers les membranes cellulaires. De grands afflux de calcium dans la synapse produisent des effets en aval plus importants.

Structure des synapses

Les chercheurs d’IBM ont détaillé une nouvelle découverte qui nous rapproche de la réduction du fossé entre les synapses et le silicium. L’équipe de recherche a détaillé une méthode pour transformer une couche isolante en un matériau conducteur en l’exposant à un fluide chargé. VO2 (oxyde de vanadium (IV)) est un composé avec une habitude particulièrement étrange (et intéressante). Il se transforme d’isolant en conducteur en fonction de sa température. C’est le genre de capacité qui rend les scientifiques étourdis, mais ce n’est que le point de départ de ce que l’équipe IBM a découvert.

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En exposant le film mince de VO2 à un fluide ionique, les scientifiques ont pu stabiliser la phase métallique de VO2 jusqu’à cinq degrés Kelvin. Normalement, VO2 est un isolant en dessous de 340K (68C) et métallique/conducteur à 68C ou plus. L’explication précédente de ce changement radical de comportement est appelée déclenchement électrolytique. Cette théorie postulait que le changement spectaculaire des capacités de transition de VO2 était causé par l’introduction du liquide ionique dans la structure de grille.

L’équipe de recherche a testé cela en nettoyant à fond leur substrat de test. Le film mince VO2 a été examiné à l’aide de la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) – aucun fluide n’a été trouvé. Le film VO2 traité, quant à lui, pourrait toujours être basculé entre une conductance faible et élevée par un changement de tension suffisant. L’équipe a confirmé ses découvertes sur les couches minces de VO2 sur différents substrats, pour s’assurer que les propriétés particulières du matériau sous-jacent n’étaient pas la cause des résultats.

Canal fluidique

Crédit photo : New York Times

La prochaine étape, selon l’équipe, consiste à essayer de créer des circuits fluidiques plus grands qui s’allument ou s’éteignent en fonction des concentrations de fluides locales. « Nous pourrions former ou perturber des connexions de la même manière qu’une connexion synaptique dans le cerveau pourrait être recréée, ou la force de cette connexion pourrait être ajustée », a déclaré le Dr Parkin au New York Times. Parkin pense que l’équipe s’attaquera probablement ensuite à une petite matrice de mémoire.

Ce qui est excitant dans ce travail, ce ne sont pas les implications à court terme, mais le objectifs à long terme. Il est extrêmement difficile de modéliser le comportement et la fonction d’un système si vous ne pouvez pas en construire un modèle représentatif. Le projet Blue Brain est l’un des principaux efforts mondiaux pour simuler la structure neuronale. La dernière étape majeure du projet a été la simulation d’un mésocircuit cellulaire avec 100 colonnes néocorticales et un million de cellules au total. Cela nécessitait l’utilisation d’un IBM Blue Gene/P, l’un des supercalculateurs les plus économes en énergie qui existent. À l’heure actuelle, la simulation d’un composant simplifié d’un cerveau de rat nécessite plusieurs ordres de grandeur de plus de puissance qu’un cerveau organique n’en utilise.

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Objectifs du projet Blue Brain

Et c’est pourquoi les progrès comme cette matière. La capacité de modifier les propriétés isolantes d’un matériau sans appliquer d’électricité pourrait être essentielle pour les futures tentatives de réduction de la modélisation du cerveau. Créer des circuits qui modélisent les fonctions des synapses (même s’ils le font de manière imparfaite et très simple) peut nous aider à comprendre comment fonctionnent leurs homologues biologiques. Cela pourrait réduire considérablement la consommation d’énergie (et la chaleur perdue) générée par de telles tentatives, tout comme l’avènement de la fabrication moderne de semi-conducteurs a réduit les ordinateurs des structures qui tiennent dans les entrepôts aux poches.

C’est un pas excitant, bien que petit, dans la bonne direction.

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