Cette synapse protonique s’avère un million de fois plus rapide que son homologue humaine

Des ingénieurs du MIT ont mis au point un nouveau type de synapse artificielle extrêmement peu énergivore et ultra-rapide, traitant les données un million de fois plus vite que ses homologues humaines.

Processeur analogique ultra-rapide

Le cerveau humain est souvent présenté comme le calculateur le plus puissant au monde, en raison de sa structure unique de neurones et de synapses. Imiter cette configuration analogique permettrait de créer des ordinateurs beaucoup plus puissants et économes en énergie, effectuant des opérations en tandem et traitant directement les données en mémoire, qui n’auraient plus besoin de transiter entre différents composants. Bien qu’ils soient basés sur ce principe, les réseaux neuronaux actuels présentent certaines limites matérielles.

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Publiés dans la revue Science, de nouveaux travaux menés par une équipe du MIT pourraient bien avoir surmonté l’une d’entre elles, grâce à un nouveau type de résistance programmable, constituant la base des processeurs analogiques. La conductivité de ces dispositifs peut être modifiée pour conduire ou bloquer les ions à la demande, tandis qu’un réseau de ces résistances permet de traiter et de transmettre les informations de la même façon que les neurones et synapses naturels.

Si différentes améliorations ont été apportées à la formule, incluant notamment le fait que les résistances conduisent désormais des protons (plus petits ions pouvant se déplacer à des vitesses vertigineuses) plutôt que des électrons, le principal changement concerne l’électrolyte solide. Celle-ci a en effet été fabriquée à partir de verre de phosphosilicate, essentiellement du dioxyde de silicium auquel est ajoutée une petite quantité de phosphore.

New hardware offers faster computation for artificial intelligence, with much less energy: Engineers working on “analog deep learning” have found a way to propel protons through solids at unprecedented speeds. https://t.co/4SntoQkh4m pic.twitter.com/EbxliByaEF

— Massachusetts Institute of Technology (MIT) (@MIT) August 1, 2022

Un tel matériau inorganique présente une conductivité protonique élevée à température ambiante, grâce à ses pores de taille nanométrique laissant passer les protons tout en bloquant les électrons. Lorsqu’un champ électrique puissant (jusqu’à 10 volts) est appliqué, les protons traversent la pile de dispositifs à la vitesse de l’éclair. Ainsi, ce processeur analogique est capable de transmettre des données un million de fois plus vite que les synapses du cerveau humain.

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Une conception étonnante

Bien qu’une quantité élevée d’énergie la traverse, la résistance ne se dégrade pas après des millions de cycles en raison de la taille et de la masse réduites des protons, qui n’endommagent pas le matériau. Le verre de phosphosilicate constituant un isolant pour les électrons, très peu de courant électrique traverse le dispositif, ce qui évite son échauffement et contribue à réduire sa consommation d’énergie.

Pour les auteurs de l’étude, la prochaine étape consistera à améliorer le procédé de fabrication afin de pouvoir produire ces résistances en plus grande quantité et former des réseaux dont les performances seront étudiées de près. Ce qui pourrait, à terme, conduire à de nouveaux types d’ordinateurs beaucoup plus rapides.