Le CEA et TDK développent un memristor à spin pour l’IA
TDK et le CEA ont mis au point un memristor de spin pour les dispositifs d’intelligence artificielle neuromorphiques.
TDK a collaboré avec le CEA et l’université de Tohoku au Japon sur le memristor de spin pour l’IA avec une consommation d’énergie de 1 % par rapport aux composants précédents.
Le spin memristor utilise la charge et le spin de l’électron dans un élément MRAM et a permis de construire des prototypes de dispositifs d’apprentissage d’IA neuromorphique avec le Centre for Innovative Integrated Electronic Systems (CIES) de l’université de Tohoku.
Ces dernières années, la transformation numérique (DX) a progressé grâce au développement de l’IA ; on prévoit que la consommation d’énergie utilisant le big data et l’IA va exploser et rendre certains problèmes plus apparents – comme la complexité autour du traitement informatique de vastes quantités de données, et l’augmentation de la consommation d’énergie associée au développement de l’IA. TDK s’efforce de contribuer à la résolution de ces problèmes sociaux et environnementaux.
First complete memristor neural network for medical AI
TDK s’est fixé pour objectif de développer un dispositif qui simule électriquement les synapses du cerveau humain : le memristor. Alors que les éléments de mémoire conventionnels stockent les données sous la forme de 0 ou de 1, un memristor de spin peut stocker des données sous forme analogique, tout comme le fait le cerveau.
Cela permet d’effectuer des calculs complexes tout en consommant très peu d’énergie. Bien qu’il existe déjà des memristors pour les dispositifs neuromorphiques, ils sont confrontés à des problèmes tels que les changements de résistance au fil du temps, les difficultés à contrôler l’écriture précise des données et la nécessité d’un contrôle pour s’assurer que les données sont conservées. Le spin-memristor de TDK résout ces problèmes et devrait offrir une immunité aux influences environnementales et un stockage de données à long terme tout en réduisant la consommation d’énergie en diminuant le courant de fuite dans les dispositifs existants.
Le prototype de circuit d’IA comporte 3 éléments de memristor × 2 ensembles × 4 puces et a confirmé son bon fonctionnement par une démonstration de séparation des sons, montrant que les memristors de spin peuvent servir d’éléments de base dans les circuits d’IA.
Lors de la démonstration, même lorsque trois types de sons (musique, parole et bruit) étaient mélangés dans des proportions arbitraires, le circuit était capable d’apprendre et de séparer les trois types de sons en temps réel. Dans l’apprentissage automatique général, les opérations d’IA sont effectuées sur la base de données sur lesquelles le modèle d’IA a été préalablement formé, mais le dispositif de TDK est le seul capable d’apprendre en temps réel dans un environnement changeant.
La fabrication de ces produits nécessite l’intégration des processus de fabrication des semi-conducteurs et de la spintronique. Cette intégration a été réalisée dans la fabrication de MRAM, un produit similaire aux memristors, et TDK a décidé de poursuivre le développement technologique intégré en collaboration avec l’université de Tohoku.
« La synergie entre TDK et le CEA est remarquable, car nos expertises complémentaires favorisent une collaboration hautement créative et constructive. Ce partenariat de recherche ouvre de nouvelles perspectives pour développer des solutions plus durables, plus fiables et plus efficaces qui répondront aux exigences croissantes des applications modernes de l’intelligence artificielle », a déclaré Marc Duranton, Senior Fellow du CEA.
« Les semi-conducteurs d’IA sont extrêmement importants pour la société de l’information de l’avenir, mais les problèmes sociétaux sont l’amélioration de la puissance de traitement de l’IA et la réduction de la consommation d’énergie. À la lumière de cette demande sociale, le programme de développement des semi-conducteurs d’IA de TDK, qui fusionne les technologies des memristors et de la spintronique, est extrêmement important. Nous ferons de notre mieux pour contribuer à ce projet grâce aux connaissances académiques de l’université de Tohoku et à la technologie de fabrication de la ligne prototype de 12 pouces », a déclaré Tetsuo Endoh, directeur du CIES de l’université de Tohoku.
www.tdk.com ; www.cea.fr