Une nouvelle mémoire analogique pourrait rendre les appareils intelligents encore plus intelligents.
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Une nouvelle approche de l'informatique a discrètement vu le jour aux Laboratoires nationaux de Sandia aux Etats-Unis, où des chercheurs ont mis au point une méthode de stockage de l'information qui pourrait rendre les futurs appareils électroniques plus économes en énergie.
La mémoire vive électrothermochimique (ETCRAM : Electro-thermo-chemical random-access memory) fonctionne différemment de la mémoire numérique classique, qui représente l'information sous forme de 0 et de 1 sur des plaquettes de silicium. Au lieu d'être limitée à deux valeurs, l'ETCRAM peut stocker une gamme de valeurs analogiques en utilisant un chauffage localisé et des impulsions électriques pour modifier les propriétés des matériaux à l'intérieur du dispositif.
L'équipe, dirigée par les chercheurs Elliot Fuller et Alec Talin de Sandia, a démontré l'efficacité de cette approche en utilisant des matériaux à base d'oxyde de tantale et de vanadium. Il en résulte une technologie de mémoire capable de stocker des informations avec une précision et une plage dynamique bien supérieures aux technologies de mémoire analogiques existantes. Ce dispositif pouvant conserver de nombreux états analogiques distincts au lieu de simplement basculer entre zéro et un, les chercheurs étudient la possibilité de réaliser certaines tâches de calcul avec une consommation d'énergie réduite.
« La technologie que nous avons développée vise à pallier une limitation de notre technologie informatique actuelle afin d'améliorer considérablement l'efficacité énergétique », a déclaré Elliot Fuller. « L'ETCRAM offre une précision 100 fois supérieure à celle des technologies de pointe actuelles, et une plage dynamique au moins mille fois plus importante. C'est tout l'intérêt de pouvoir stocker un nombre sous forme analogique. »
Ce potentiel est important pour le pays, car la consommation d'énergie liée à l'informatique ne cesse d'augmenter. L'Agence américaine d'information sur l'énergie (EIA) prévoit que la consommation d'électricité des serveurs des centres de données pourrait atteindre environ 800 milliards de kilowattheures par an d'ici 2050 dans un scénario de forte demande.
De façon peut-être surprenante, l'une des manières les plus simples de comprendre l'ETCRAM est de penser à une batterie.
« On peut considérer l'ETCRAM comme un dispositif de mémoire », explique Alec Talin. « On peut charger une batterie à moitié, puis arrêter la charge et utiliser cette énergie. L'état de la batterie est comme une mémoire. Il stocke cet état. »
Les puces de mémoire vive électrothermochimique permettent d'atteindre une précision 100 fois supérieure à celle des technologies de pointe actuelles. (Photo : Arianna Andreatta)
L'équipe est partie des connaissances actuelles sur les propriétés des matériaux utilisés dans les batteries. Cependant, les matériaux performants pour le stockage de l'énergie ne sont pas nécessairement adaptés au stockage de l'information. Les ions lithium, par exemple, sont utiles pour le stockage de l'énergie, mais pas idéaux pour le type de stockage de données que l'équipe de Sandia recherchait.
« Nous voulons stocker une densité d'informations maximale dans un volume donné », a déclaré Fuller. « Le problème avec l'électrochimie, c'est souvent sa lenteur. La solution pour faire fonctionner cet élément de mémoire a été de le rendre auto-échauffant. Il chauffe lorsque l'électrochimie est activée, ce qui nous permet d'obtenir une très large plage dynamique et une très haute précision. »
Cet auto-échauffement contribue à accélérer le processus électrochimique utilisé pour programmer la mémoire.
L'équipe étudie également comment cette technologie pourrait soutenir l'informatique de périphérie, dans laquelle les informations sont traitées à proximité de leur lieu de collecte plutôt que d'être systématiquement envoyées à un processeur central ou à un système informatique distant.
Prenons l'exemple d'un appareil photo de smartphone. Le capteur capte la lumière et le téléphone effectue la majeure partie du traitement d'image localement, grâce à un matériel dédié, avant l'affichage de l'image finale. En informatique de périphérie/à proximité du capteur, une plus grande partie de ce traitement – ou une analyse de niveau supérieur – pourrait être effectuée encore plus près du capteur, incluant potentiellement le traitement analogique ou mixte directement sur le capteur, réduisant ainsi la quantité de données brutes à transmettre.
Effectuer davantage de calculs là où les données sont collectées pourrait contribuer à améliorer à la fois la vitesse et l'efficacité énergétique, notamment à mesure que les capteurs se généralisent dans les appareils du quotidien.
« Nous vivons au XXIe siècle, et l'électronique est omniprésente », assure Adam Gross, chercheur postdoctoral. « Le matin, au réveil, on entend un réveil ou on a son téléphone équipé de capteurs de lumière et de son. Les voitures modernes regorgent de capteurs. Cette profusion de capteurs dans la vie moderne offre autant d'opportunités où notre dispositif pourrait potentiellement faire la différence. »
Pour Fuller, Talin et leurs collègues, l'objectif ultime de ces travaux est de trouver de nouvelles façons de permettre à l'électronique, toujours plus performante, de traiter davantage d'informations sans consommer proportionnellement plus d'énergie. L'ETCRAM est une approche qui, espèrent-ils, permettra d'intégrer plus directement cette puissance de calcul aux capteurs et appareils déjà omniprésents dans notre quotidien.