De nouvelles architectures inspirées du cerveau pour les ordinateurs
Publié par Redbran le 20/03/2017 à 00:00
Source: CNRS-INSIS
Le cerveau et la lumière au centre d'une nouvelle architecture des ordinateurs.

Symboles du progrès technologique, les ordinateurs sont cependant basés sur des concepts vieux de plus de 70 ans. Des chercheurs de l'Institut Femto-ST étudient donc de nouvelles architectures optiques, comme le reservoir computing photonique, inspirées du fonctionnement du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses...). Un de leurs systèmes a brillamment réussi un test de reconnaissance vocale (La reconnaissance vocale ou reconnaissance automatique de la parole (Automatic Speech Recognition ASR) est une technique informatique qui permet d'analyser un mot ou une phrase captée au moyen d'un microphone pour la...), dans des travaux publiés dans la revue Physical review X et qui ont bénéficié d'un Research Highlight dans Nature.


© Femto-ST
Du smartphone au supercalculateur, l'architecture (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, diffusé sur Arte depuis 1995.) de nos ordinateurs remonte à 1945 et aux principes de John Von Neumann (John von Neumann, mathématicien et physicien américain d'origine hongroise, a apporté d'importantes contributions tant en mécanique quantique, qu'en...) et Alan Turing (Alan Mathison Turing (23 juin 1912 - 7 juin 1954) est un mathématicien britannique, auteur de l'article fondateur de la science informatique qui allait donner le coup d'envoi à la création des...). Leurs performances atteignent aujourd'hui leurs limites technologiques et la vitesse (On distingue :) des processeurs sature au risque de faire fondre les composants. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) Franche-Comté électronique mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission,...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant...) et optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) — sciences et technologies (Femto-ST, CNRS/Université de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Belfort Montbéliard/Université de Franche-Comté/ENSMM) proposent une nouvelle approche inspirée du cerveau. Ce dernier est ici considéré comme un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) de neurones récurrent, c'est-à-dire un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de nœuds interconnectés qui interagissent entre eux de manière récurrente. Les impulsions électriques y circulent dans un maillage en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...), permettant aussi bien de calculer que d'apprendre.

Or la microélectronique peine à fabriquer des circuits intégrés en trois dimensions et densément connectés. Les chercheurs ont contourné le problème avec des boucles à retard, afin que le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) remplace les dimensions spatiales manquantes. Pour cela, un nœud unique va recevoir sa propre information avec un retard pour la démultiplier dans le temps, puis va la retraiter et la renvoyer en boucle à l'entrée du système. Grâce à des composants mélangeant électronique et optique, en particulier des lasers et des fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) optiques, le reservoir computing photonique à retard est un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui...) de fois plus rapide que le cerveau. Ce système a été testé avec succès en reconnaissance vocale, où il a traité près d'un million de mots par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps....). Ces premiers résultats sont déjà proches de ceux des meilleurs algorithmes des ordinateurs standards. Ce domaine émergeant promet des machines à la rapidité, à l'efficacité énergétique (En physique et ingénierie mécanique, l'efficacité énergétique (ou efficacité thermodynamique) est un nombre sans dimension,...) et au pouvoir calculatoire supérieurs, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en pouvant tenir à terme dans une puce optoélectronique.


© Femto-ST / Ludovic Godard-UFC
Calculateur photonique neuromorphique
Références publication:
High-Speed Photonic Reservoir Computing Using a Time-Delay-Based Architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.): Million Words per Second Classification
Laurent Larger, Antonio Baylón-Fuentes, Romain Martinenghi, Vladimir S. Udaltsov, Yanne K. Chembo, and Maxime Jacquot
Phys. Rev. X (2017)
DOI: 10.1103/PhysRevX.7.011015

Contacts chercheurs:
Laurent Larger – Femto-ST
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