17 octobre 2023 (Actualités Nanowerk) Il existe une intense recherche mondiale de nouveaux matériaux pour construire des micropuces informatiques qui ne sont pas basés sur les matériaux classiques. transistors mais sur des composants beaucoup plus économes en énergie, semblables à ceux du cerveau. Cependant, même si la base théorique des ordinateurs numériques classiques à transistors est solide, il n’existe pas de véritables lignes directrices théoriques pour la création d’ordinateurs de type cerveau. Une telle théorie serait absolument nécessaire pour asseoir sur une base solide les efforts consacrés à la conception de nouveaux types de micropuces, affirme Herbert Jaeger, professeur d'informatique sur les matériaux cognitifs à l'université de Groningue.
Les scientifiques du monde entier recherchent de nouveaux matériaux pour construire des micropuces informatiques économes en énergie, semblables à celles d'un cerveau, alors que la miniaturisation classique des transistors atteint ses limites physiques.
Il manque des lignes directrices théoriques pour les ordinateurs de type cerveau, ce qui les rend cruciaux pour les progrès dans ce domaine.
La polyvalence et la robustesse du cerveau sont une source d'inspiration, malgré une connaissance limitée de son fonctionnement exact.
Un article récent suggère qu'une théorie sur les ordinateurs non numériques devrait se concentrer sur les signaux analogiques continus et prendre en compte les caractéristiques des nouveaux matériaux.
Combler les écarts entre divers domaines scientifiques est essentiel pour développer une théorie fondamentale de l’informatique neuromorphique.
Une théorie générale des systèmes informatiques physiques comprendrait les théories existantes comme cas particuliers. (Figure tirée d'une version étendue de l'article Nature Comm sur arXiv)
Faits marquants
La recherche
Jusqu'à présent, les ordinateurs reposaient sur des interrupteurs stables qui peuvent être activés ou désactivés, généralement des transistors. Ces ordinateurs numériques sont des machines logiques et leur programmation repose également sur un raisonnement logique. Pendant des décennies, les ordinateurs sont devenus plus puissants grâce à la miniaturisation croissante des transistors, mais ce processus approche désormais d’une limite physique. C'est pourquoi les scientifiques s'efforcent de trouver de nouveaux matériaux pour fabriquer des commutateurs plus polyvalents, qui pourraient utiliser plus de valeurs que les seuls chiffres numériques 0 ou 1.Un piège dangereux
Jaeger fait partie du Groningen Cognitive Systems and Materials Center (CogniGron), qui vise à développer ordinateurs neuromorphiques (c'est-à-dire ressemblant à un cerveau). CogniGron rassemble des scientifiques aux approches très différentes : des scientifiques des matériaux expérimentaux et des modélisateurs théoriques issus de domaines aussi divers que les mathématiques, l'informatique et l'IA. Travailler en étroite collaboration avec des scientifiques des matériaux a donné à Jaeger une bonne idée des défis auxquels ils sont confrontés lorsqu'ils tentent de proposer de nouveaux matériaux informatiques, tout en lui faisant prendre conscience d'un écueil dangereux : il n'existe pas de théorie établie pour l'utilisation de matériaux non-informatiques. effets physiques numériques dans les systèmes informatiques. Notre cerveau n'est pas un système logique. Nous pouvons raisonner logiquement, mais cela ne représente qu’une petite partie de ce que fait notre cerveau. La plupart du temps, il s'agit de savoir comment porter la main à une tasse de thé ou saluer un collègue en le croisant dans un couloir. «Une grande partie du traitement de l'information effectué par notre cerveau est non logique, continue et dynamique.» Il est difficile de formaliser cela dans un ordinateur numérique», explique Jaeger. De plus, notre cerveau continue de fonctionner malgré les fluctuations de la pression artérielle, de la température extérieure ou de l’équilibre hormonal, etc. Comment est-il possible de créer un ordinateur aussi polyvalent et robuste ? Jaeger est optimiste : "La réponse est simple : le cerveau est la preuve du principe que cela peut être fait."Neurones
Le cerveau est donc une source d’inspiration pour les scientifiques des matériaux. Jaeger : « Ils pourraient produire quelque chose composé de quelques centaines d'atomes et qui oscillerait, ou quelque chose qui montrerait des explosions d'activité. Et ils diront : « Cela ressemble à la façon dont fonctionnent les neurones, alors construisons un réseau neuronal ». Mais il leur manque ici un élément de connaissances essentiel. « Même les neuroscientifiques ne savent pas exactement comment fonctionne le cerveau. C’est là que l’absence de théorie sur les ordinateurs neuromorphiques pose problème. Pourtant, le terrain ne semble pas le voir. Dans un article publié dans Communications Nature (« Vers une théorie formelle des machines informatiques construites à partir de tout ce que la physique offre »), Jaeger et ses collègues Beatriz Noheda (directrice scientifique de CogniGron) et Wilfred G. van der Wiel (Université de Twente) présentent une esquisse de ce à quoi pourrait ressembler une théorie pour les ordinateurs non numériques. Ils proposent qu'au lieu de commutateurs 0/1 stables, la théorie fonctionne avec des signaux analogiques continus. Il devrait également tenir compte de la richesse des effets physiques non standard à l’échelle nanométrique sur lesquels les scientifiques des matériaux étudient.Sous-théories
Une autre chose que Jaeger a apprise en écoutant les scientifiques des matériaux est que les dispositifs fabriqués à partir de ces nouveaux matériaux sont difficiles à construire. Jaeger : « Si vous en fabriquez une centaine, ils ne seront pas tous identiques. » Cela ressemble en fait beaucoup au cerveau, car nos neurones ne sont pas tous exactement identiques non plus. Un autre problème possible est que les appareils sont souvent fragiles et sensibles à la température, poursuit Jaeger. "Toute théorie de l'informatique neuromorphique devrait prendre en compte ces caractéristiques." Il est important de noter qu’une théorie qui sous-tend l’informatique neuromorphique ne sera pas une théorie unique mais sera construite à partir de nombreuses sous-théories (voir l’image ci-dessous). Jaeger : "C'est en fait ainsi que fonctionne également la théorie de l'informatique numérique, il s'agit d'un système en couches de sous-théories connectées." La création d'une telle description théorique des ordinateurs neuromorphiques nécessitera une collaboration étroite entre les scientifiques des matériaux expérimentaux et les modélisateurs théoriques formels. Jaeger : "Les informaticiens doivent connaître la physique de tous ces nouveaux matériaux, et les scientifiques des matériaux doivent connaître les concepts fondamentaux de l'informatique."Angles morts
Combler ce fossé entre la science des matériaux, les neurosciences, l'informatique et l'ingénierie est exactement la raison pour laquelle CogniGron a été fondée à l'Université de Groningue : elle rassemble ces différents groupes. "Nous avons tous nos angles morts", conclut Jaeger. «Et la plus grande lacune dans nos connaissances réside dans une théorie fondamentale de l'informatique neuromorphique.» Notre article est une première tentative visant à montrer comment une telle théorie pourrait être construite et comment nous pouvons créer un langage commun.- Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
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- La source: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63871.php
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