Une synapse artificielle à très faible consommation pour les systèmes d’IA de nouvelle génération

L’informatique inspirée du cerveau est un candidat prometteur pour les technologies informatiques de nouvelle génération. Le développement de systèmes d’intelligence artificielle (IA) avancés de nouvelle génération qui peuvent être aussi économes en énergie, légers et adaptables que le cerveau humain a suscité un intérêt considérable.

“Cependant, imiter la neuroplasticité du cerveau, qui est la capacité de modifier une connexion de réseau neuronal, dans des synapses artificielles traditionnelles utilisant une énergie ultra-faible est extrêmement difficile.” a déclaré Desmond Loke, professeur adjoint à l’Université de technologie et de design de Singapour (SUTD).

Une synapse artificielle, comprenant un espace entre deux neurones pour permettre aux signaux électriques de passer et de communiquer entre eux, peut émuler le processus efficace de transmission des signaux neuronaux et de formation de la mémoire du cerveau.

Pour améliorer l’efficacité énergétique de la synapse artificielle, l’équipe de recherche de Loke a introduit pour la première fois un processus de fabrication d’électrodes métalliques à dépôt uniquement à l’échelle nanométrique pour la synapse artificielle. En utilisant uniquement des dispositifs memristifs au germanium-antimoine-tellurure à base de nanopiliers, l’équipe a conçu un dispositif synaptique artificiel à changement de phase qui a atteint une consommation d’énergie sans précédent de 1,8 pJ par événement synaptique basé sur une paire d’impulsions. C’est environ 82 % plus petit que les synapses artificielles traditionnelles.

« Les expériences ont démontré que la synapse artificielle basée sur des matériaux à changement de phase pouvait effectuer une facilitation/dépression d’impulsions de paires, une potentialisation/dépression à long terme et une plasticité dépendante du timing des pointes avec des énergies ultra-faibles. Nous pensons que notre découverte peut fournir une approche prometteuse pour le développement des matrices de synapses artificielles plus rapides et à plus grande échelle avec des performances considérablement améliorées dans les tâches d’IA.” dit Loki.

Les électrodes chauffantes traditionnelles formées par le processus déposé et gravé peuvent causer/créer un degré important de dommages aux interfaces. Alternativement, les électrodes chauffantes créées par un processus de dépôt uniquement dans cette étude pourraient créer un plus petit degré de dommages à l’interface. Cela peut conduire à une interface plus robuste et sans défaut avec une résistance de contact sensiblement réduite et ses variations, entraînant par conséquent une diminution du courant de fonctionnement.

Cette recherche a été publiée dans Matériaux APL. Les membres de l’équipe de SUTD comprennent également Shao-Xiang Go et Natasa Bajalovic. D’autres chercheurs collaborateurs sont de l’Université de Cambridge.