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Au bout de la logique neuromorphique

Xavier Boivinetxboivinet@industrie-technologies.com

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Au bout de la logique neuromorphique

Au lieu d’utiliser des transistors pour simuler le comportement de neurones ou de synapses, le Centre de nanosciences et de nanotechnologies et le laboratoire CNRS-Thales collaborent, à Saclay, pour concevoir des nanocomposants bio-inspirés.

Concentré devant son ordinateur, Tifenn Hirtzlin dessine un circuit. D’ordinaire, on utilise des outils pour en réaliser une grande partie automatiquement. Mais ici, presque tout est fait à la main. Un vrai travail d’orfèvre pour tisser des fils entre les différents composants. « Il y en a beaucoup, ça prend du temps, admet le thésard du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N) de Saclay. Nous pouvons toutefois faire des copier-coller quand les motifs se répètent. » Sous la supervision de Damien Querlioz, chercheur CNRS en nanoélectronique bio-inspirée, il est chargé de concevoir le prototype d’une puce. « Ce travail minutieux est la conséquence de nos idées originales pour faire des nanocomposants atypiques », s’amuse Damien Querlioz.

L’objectif est d’aller au bout de la logique neuromorphique en réalisant des circuits à partir de neurones et synapses artificielles. Si certaines puces neuromorphiques ont été développées – comme les TrueNorth d’IBM et Loihi d’Intel –, elles sont composées de transistors mimant le comportement de neurones et de synapses. « C’est une bonne approche, admet Damien Querlioz. Mais les puces ainsi créées sont grosses, chères, énergivores et les mémoires sont volatiles. »

Le circuit de Tifenn Hirtzlin est destiné à une puce miniaturisée dont l’objectif est de deviner, avec très peu d’énergie, les phases de sommeil d’une personne à l’aide de capteurs d’ondes cérébrales et du rythme cardiaque. Une preuve de concept qui pourrait déboucher sur une application : « Notre rêve est de faire un système plus évolué pour détecter les crises d’épilepsie avant qu’elles ne surviennent », précise Damien Querlioz.

Le circuit qui prend forme sur l’écran du doctorant est le plus gros jamais réalisé au C2N. Il comprend 128 000 nanosynapses et plusieurs centaines de milliers de transistors. « C’est modeste par rapport à ce qui existe dans la microélectronique, mais pour une puce qui intègre des composants innovants, c’est énorme », souligne Damien Querlioz. Les synapses sont les mémoires du cerveau. Celles, artificielles, du C2N jouent le même rôle, en stockant l’information sous la forme d’une résistance électrique.

En quelques schémas, Damien Querlioz explique le fonctionnement d’une nanosynapse : une couche d’oxyde d’hafnium (HfO2) de 20 nm d’épaisseur prise en sandwich entre deux électrodes. L’oxyde est non-stœchiométrique. Au lieu d’avoir deux atomes d’oxygène pour un atome d’hafnium, comme dans sa version stable, il contient moins d’oxygène en moyenne. D’où la présence de zones appauvries en oxygène, qui, à la différence du reste du matériau, permettent le passage des électrons. En s’alignant pour créer un chemin pauvre en oxygène entre les deux électrodes, ces zones[…]

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