Impression d’artiste d’un processeur analogique d’apprentissage profond constitué d’une pile de nouvelles résistances protoniques.

Des ingénieurs du MIT ont mis au point un nouveau type de synapse artificielle extrêmement économe en énergie et ultra rapide, qui traite les données un million de fois plus vite que les synapses du cerveau humain. La clé est une conception analogique qui fait circuler des protons au lieu d’électrons.

Le cerveau humain est le processeur le plus puissant au monde, grâce à sa structure unique de neurones et de synapses. En imitant cette configuration analogique, on pourrait créer des ordinateurs plus puissants, qui économisent du temps et de l’énergie en effectuant des opérations en tandem et en traitant les données en mémoire, plutôt que de les transférer entre différents composants. Les réseaux neuronaux utilisent ce principe, mais ils ont leurs propres limites matérielles.

Aujourd’hui, l’équipe du MIT pourrait avoir résolu l’une de ces limitations. Les chercheurs ont mis au point un nouveau type de résistance programmable, qui constitue la base des processeurs analogiques. La conductivité de ces dispositifs peut être modifiée pour conduire ou bloquer les ions selon les besoins, et un réseau de ces résistances permet de traiter et de transmettre les informations comme les neurones et les synapses naturels.

Dans ce cas, l’équipe a apporté quelques améliorations à la formule. Tout d’abord, les résistances conduisent les protons, les plus petits ions, qui peuvent se déplacer à des vitesses fulgurantes avec un peu d’aide. Mais le principal changement concerne l’électrolyte solide, qui a été fabriqué à partir de verre de phosphosilicate (PSG) – essentiellement du dioxyde de silicium auquel on a ajouté un peu de phosphore. Ce matériau inorganique présente une conductivité protonique élevée à température ambiante, grâce à ses pores de taille nanométrique qui laissent passer les protons tout en bloquant les électrons.

Lorsqu’un champ électrique puissant (jusqu’à 10 volts) est appliqué, les protons traversent la pile de dispositifs à la vitesse de l’éclair. Cela donne un processeur analogique capable de transmettre des données un million de fois plus vite que les versions précédentes, y compris les synapses du cerveau humain.

Il est important de noter que, même avec toute cette énergie, la résistance ne se dégrade pas après des millions de cycles, car la taille et la masse réduites des protons n’endommagent pas le matériau. Et comme le PSG est un isolant pour les électrons, très peu de courant électrique traverse le dispositif, ce qui le garde au frais et réduit la consommation d’énergie.

Les chercheurs prévoient de modifier la conception pour pouvoir fabriquer ces résistances en plus grande quantité, afin d’en produire des réseaux pour voir comment elles fonctionnent ensemble. Cela pourrait, à terme, conduire à des types d’ordinateurs beaucoup plus rapides.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp8064

https://news.mit.edu/2022/analog-deep-learning-ai-computing-0728