Conception de puces semi-conductrices inspirées du cerveau pour des centres de données plus intelligents et plus écologiques
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Schémas illustrant (a) un neurone biologique et (b) la sommation et la fonction d’activation non linéaire calculées au sein d’un neurone. Les dispositifs candidats émergents pour les implémentations neuronales post-CMOS sont également présentés. (c) Schéma d’un réseau de barres croisées montrant l’agencement typique des synapses et des neurones dans une architecture système. Reproduit avec l’autorisation de [53]. Copyright 2020, Frontiers. Crédit : Advanced Functional Materials (2026). DOI : 10.1002/adfm.77874
Alors que les centres de données d’intelligence artificielle (IA) consomment de l’électricité à un rythme croissant, il devient crucial d’identifier une solution informatique durable pour compenser ces perturbations massives au sein de la communauté et de l’environnement.
Des chercheurs des universités d’Ottawa, de Columbia et de Hanyang pensent que la construction de systèmes informatiques inspirés du cerveau pourrait apporter la réponse à ce problème mondial, grâce à des neurones artificiels petits, rapides, économes en énergie et évolutifs, capables de prendre en charge les systèmes informatiques à grande échelle qui parsèment désormais régulièrement nos paysages.
« Les matériaux et les architectures décrits dans cette étude représentent une approche fondamentalement différente du traitement de l’information. Fonctionnant davantage comme un cerveau humain que comme un processeur traditionnel, ces technologies émergentes permettront de créer des dispositifs physiques beaucoup plus économes en énergie, plus rapides et adaptatifs », explique le Dr Kannan Udaya Mohanan, auteur principal et chercheur postdoctoral au sein du groupe de recherche du professeur Chang-Hyun Kim à l’Université d’Ottawa.
Conception de systèmes évolutifs de type cerveau
Le professeur Kim et son équipe ont réalisé une analyse systématique des avancées mondiales réalisées ces dernières années dans le domaine des matériaux électroniques, de la physique des dispositifs et de l’intégration des circuits afin de tracer une nouvelle voie pour les systèmes « neuromorphiques » – des systèmes qui imitent physiquement le fonctionnement du cerveau humain. Plutôt que de se concentrer sur une seule expérience, ils ont évalué l’ensemble des neurones matériels émergents, traduisant la complexité des sciences des matériaux en solutions technologiques concrètes et applicables pour aider les chercheurs à concevoir des systèmes informatiques évolutifs, semblables au cerveau.
Publiées dans la revue Advanced Functional Materials , ces découvertes sur le matériel inspiré du cerveau offrent une feuille de route complète et tournée vers l’avenir pour la communauté scientifique, au moment même où le gouvernement fédéral fournit de nouveaux cadres pour le développement des centres de données au Canada.
« L’informatique traditionnelle se heurte à un goulot d’étranglement appelé « mur de la mémoire », où le transfert de données entre la mémoire et les processeurs entraîne des délais importants et des pertes d’énergie considérables. Nous avons identifié les matériaux et les architectures de dispositifs post-CMOS les plus prometteurs, capables de fonctionner comme des neurones artificiels, ce qui prouve que les circuits de nouvelle génération peuvent traiter l’information plus rapidement et avec une fraction de l’énergie consommée par les puces actuelles », a déclaré Kim, professeur agrégé à l’École de génie électrique et d’informatique et directeur du Laboratoire des semi-conducteurs et de la microélectronique de l’Université d’Ottawa.
Favoriser une technologie plus verte
Le terme « post-CMOS » désigne les matériaux et architectures de dispositifs émergents qui s’affranchissent des puces traditionnelles. Si ces technologies inspirées du cerveau permettent de réduire considérablement la consommation énergétique des centres de données modernes, elles offrent également un avantage considérable pour les technologies personnelles. En effet, ces nouveaux matériaux sont souvent moins coûteux, hautement évolutifs et permettent des formats ultra-fins, légers et flexibles.
« Au-delà des centres de données d’IA écologiques, ce matériel permettra directement de développer des technologies portables plus intelligentes et à faible consommation d’énergie pour des soins de santé personnalisés et des interfaces homme-machine fluides », a ajouté Kim.