Le nouveau chip IA du MIT est 1 million de fois plus rapide que les synapses du cerveau humain

Une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a travaillé pour repousser les limites de vitesse d’un type de synapse analogique fabriquée par l’homme, qui est moins coûteuse à construire, plus économe en énergie et promet une computation plus rapide.

L’équipe multidisciplinaire a utilisé des résistances programmables, qui sont les éléments centraux de l’apprentissage profond analogique, tout comme les transistors sont les éléments de base pour construire des processeurs numériques pour produire de l’« apprentissage profond analogique ».

Les résistances sont intégrées dans des réseaux répétitifs pour créer un réseau complexe et stratifié de « neurones » et de « synapses » artificiels qui exécutent des calculs tout comme un réseau neuronal numérique. Un tel réseau peut ensuite être entraîné pour réaliser des tâches complexes d’IA telles que la reconnaissance d’images et le traitement du langage naturel.

Les chercheurs ont utilisé un matériau inorganique pratique dans le processus de fabrication qui permet à leurs dispositifs de fonctionner 1 million de fois plus vite que les versions précédentes. L’étude a affirmé qu’il est environ 1 million de fois plus rapide que les synapses du cerveau humain.

De plus, ce matériau organique rend également la résistance extrêmement économe en énergie. Contrairement aux matériaux utilisés dans la version précédente de leur dispositif, le matériau nouvellement développé est compatible avec les techniques de fabrication en silicium et pourrait ouvrir la voie à une intégration dans le matériel informatique commercial pour des applications d’apprentissage profond.

« Avec cette clé de compréhension, et les techniques de nanofabrication très puissantes que nous avons à MIT.nano, nous avons pu assembler ces éléments et démontrer que ces dispositifs sont intrinsèquement très rapides et fonctionnent avec des tensions raisonnables. Ce travail a vraiment placé ces dispositifs à un point où ils semblent maintenant très prometteurs pour des applications futures », a déclaré l’auteur principal Jesús A. del Alamo, professeur Donner au Département de génie électrique et d’informatique (EECS) du MIT.

« Le mécanisme de fonctionnement du dispositif est l’insertion électrochimique du plus petit ion, le proton, dans un oxyde isolant pour moduler sa conductivité électronique. Parce que nous travaillons avec des dispositifs très fins, nous pourrions accélérer le mouvement de cet ion en utilisant un champ électrique fort, et pousser ces dispositifs ioniques dans le régime d’opération nanoseconde », a expliqué l’auteur principal Bilge Yildiz, professeur Breene M. Kerr dans les départements de science et d’ingénierie nucléaires et de science et d’ingénierie des matériaux.

« Le potentiel d’action dans les cellules biologiques monte et descend avec une échelle de temps de millisecondes puisque la différence de tension d’environ 0,1 volt est contrainte par la stabilité de l’eau », a déclaré l’auteur principal Ju Li, professeur Battelle Energy Alliance de science et d’ingénierie nucléaires et professeur de science et d’ingénierie des matériaux. « Ici, nous appliquons jusqu’à 10 volts à travers un film de verre solide spécial de l’épaisseur nanométrique qui conduit les protons, sans l’endommager de manière permanente. Et plus le champ est fort, plus les dispositifs ioniques sont rapides », a-t-il ajouté.

Lesdites résistances programmables augmentent considérablement la vitesse à laquelle un réseau neuronal est entraîné, tout en réduisant considérablement le coût et l’énergie nécessaires pour réaliser l’entraînement.

Le dernier développement pourrait aider les scientifiques à développer des modèles d’apprentissage profond beaucoup plus rapidement, qui pourraient ensuite être appliqués dans des utilisations telles que les voitures autonomes, la détection de fraude et l’analyse d’images médicales.

« Une fois que vous avez un processeur analogique, vous ne formerez plus des réseaux sur lesquels tout le monde travaille. Vous formerez des réseaux avec des complexités sans précédent que personne d’autre ne peut se permettre, et donc vous les surpasserez tous. En d’autres termes, ce n’est pas une voiture plus rapide, c’est un vaisseau spatial », ajoute l’auteur principal et postdoctorant au MIT Murat Onen.

Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue ‘Science’.