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Le neuromorphique place les mémoires plus près du coeur

Xavier Boivinetxboivinet@industrie-technologies.com

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Le neuromorphique place les mémoires plus près du coeur

Intégrées dans les interconnexions métalliques, les mémoires sont l’objet d’une attention particulière au CEA-Leti de Grenoble. Objectif : les densifier et les rapprocher du cœur de calcul.

Le cerveau humain comporte beaucoup de neurones. Et 10 000 fois plus de connexions – les synapses. Dans les puces neuromorphiques, ce ratio est souvent inférieur (1 neurone pour 1 000 synapses dans le processeur Loihi d’Intel), mais reste suffisamment élevé pour souligner l’importance des synapses – siège de la mémoire – dans l’électronique inspirée du cerveau. Des recherches dont le CEA-Leti, le laboratoire d’électronique et de technologie de l’information du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, est l’un des champions. « Le premier défi de l’électronique neuromorphique est de densifier les synapses et de les rapprocher finement des éléments de calcul que sont les neurones », affirme Elisa Vianello, ingénieure de recherche.

Ce défi est posé par l’architecture des puces neuromorphiques. Les neurones sont organisés en différentes couches interconnectées par des synapses. Chaque lien est plus ou moins fort en fonction du poids synaptique stocké dans une mémoire associée à la synapse. En permanence, ces poids doivent être déplacés, calculés, déplacés à nouveau… « Une grande partie de la consommation énergétique vient du déplacement des poids synaptiques entre les mémoires généralement éloignées des cœurs de calcul », précise Alexandre Valentian, ingénieur de recherche. Réduire cette consommation suppose de rapprocher mémoire et calcul. Ceux-ci sont traditionnellement séparés spatialement, car situés dans un même plan : le « front end of line » (Feol), c’est-à-dire la couche la plus basse du procédé de fabrication d’un circuit intégré. Une solution pour rapprocher calcul et mémoire consiste à placer cette dernière non pas à côté mais à l’aplomb du calcul, en l’intégrant dans les couches supérieures – le « back end of line » (Beol) – qui contiennent les contacts métalliques. « Cela permet de co-intégrer les mémoires au-dessus du calcul qui reste dans le Feol », commente Elisa Vianello.

L’intégration de la mémoire dans le Beol a été mise en œuvre pour la puce Spirit, ce qui a permis d’intégrer des mémoires dites résistives. Le tout est associé à un nouveau type de codage, le codage impulsionnel – utilisé dans les réseaux de neurones à « spikes » (spiking neural network, SNN) – analogique. Élaborée au CEA-Leti, Spirit sera présenté en décembre à l’International electron devices meeting (IEDM) de San Francisco. Son exploit ? Reconnaître des chiffres dessinés sur une tablette tactile. « C’est un peu le Hello World des réseaux de neurones », remarque Alexandre Valentian, en référence aux premiers mots écrits par les programmes informatiques pour montrer qu’ils s’exécutent sans erreur. Si la tâche reste simple, elle s’effectue en consommant cinq fois moins d’énergie qu’un système traditionnel. Un bond en performance dû aux mémoires résistives et au codage impulsionnel. Pour l’instant, les mémoires sont certes dans les contacts métalliques, mais restent déportées spatialement par rapport au calcul. « À terme, il y aura les synapses à l’aplomb des neurones. Cela[…]

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