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. Un de leurs systèmes a brillamment réussi un test de reconnaissance vocale, dans des travaux publiés dans la revue Physical review X et qui ont bénéficié d’un Research Highlight dans Nature.
Du smartphone au supercalculateur, l’architecture de nos ordinateurs remonte à 1945 et aux principes de John Von Neumann et Alan Turing. Leurs performances atteignent aujourd’hui leurs limites technologiques et la vitesse des processeurs sature au risque de faire fondre les composants. Des chercheurs de l’Institut Franche-Comté électronique mécanique thermique et optique — sciences et technologies (Femto-ST, CNRS/Université de technologie de Belfort Montbéliard/Université de Franche-Comté/ENSMM) proposent une nouvelle approche inspirée du cerveau. Ce dernier est ici considéré comme un réseau de neurones récurrent, c’est-à-dire un ensemble de nœuds interconnectés qui interagissent entre eux de manière récurrente. Les impulsions électriques y circulent dans un maillage en trois dimensions, 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 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 optiques, le reservoir computing photonique à retard est un million 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. 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 et au pouvoir calculatoire supérieurs, tout en pouvant tenir à terme dans une puce optoélectronique.
© Femto-ST / Ludovic Godard-UFC
Calculateur photonique neuromorphique
Références :
High-Speed Photonic Reservoir Computing Using a Time-Delay-Based Architecture: 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