Le matériel neuromorphique met les neurones et les synapses sur une puce
Les chercheurs de KAIST ont fabriqué un matériel neuromorphique hautement évolutif inspiré du cerveau en co-intégrant des neurones et des synapses à transistor unique. En utilisant la technologie standard de métal-oxyde-semiconducteur complémentaire au silicium (CMOS), le matériel neuromorphique devrait réduire le coût de la puce et simplifier les procédures de fabrication.
L’équipe de recherche dirigée par Yang-Kyu Choi et Sung-Yool Choi a produit des neurones et des synapses basés sur un seul transistor pour un matériel neuromorphique hautement évolutif et a montré la capacité de reconnaître du texte et des images de visage. Cette recherche a été présentée dans Science Advances le 4 août.
Le matériel neuromorphique a beaucoup attiré l’attention en raison de ses fonctions d’intelligence artificielle, mais consommant une puissance ultra-faible de moins de 20 watts en imitant le cerveau humain. Pour faire fonctionner le matériel neuromorphique, un neurone qui génère un pic lors de l’intégration d’un certain signal, et une synapse rappelant la connexion entre deux neurones sont nécessaires, tout comme le cerveau biologique. Cependant, comme les neurones et les synapses construits sur des circuits numériques ou analogiques occupent un espace important, il existe une limite en termes d’efficacité matérielle et de coûts. Étant donné que le cerveau humain se compose d’environ 1011 neurones et 1014 synapses, il est nécessaire d’améliorer le coût du matériel afin de l’appliquer aux appareils mobiles et IoT.
Pour résoudre le problème, l’équipe de recherche a imité le comportement des neurones biologiques et des synapses avec un seul transistor et les a co-intégrés sur une plaquette de 8 pouces. Les transistors neuromorphiques fabriqués ont la même structure que les transistors pour la mémoire et la logique qui sont actuellement produits en série. De plus, les transistors neuromorphiques ont prouvé pour la première fois qu’ils peuvent être implémentés avec une « structure Janus » qui fonctionne à la fois comme neurone et synapse, tout comme les pièces de monnaie ont des têtes et des queues.
Le professeur Yang-Kyu Choi a déclaré que ce travail peut réduire considérablement le coût du matériel en remplaçant les neurones et les synapses basés sur des circuits numériques et analogiques complexes par un seul transistor. « Nous avons démontré que les neurones et les synapses peuvent être mis en œuvre à l’aide d’un seul transistor », a déclaré Joon-Kyu Han, le premier auteur. « En co-intégrant des neurones à transistor unique et des synapses sur la même plaquette à l’aide d’un processus CMOS standard, le coût matériel du matériel neuromorphique a été amélioré, ce qui accélérera la commercialisation du matériel neuromorphique », a ajouté Han.
Référence: Han JK, Oh J, Yun GJ, et al. Cointégration de neurones et de synapses à transistor unique par fabrication CMOS à l’échelle nanométrique pour du matériel neuromorphique hautement évolutif. Sci Adv. 2021;7(32):eabg8836. doi: 10.1126/sciadv.abg8836
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