Des chercheurs de l’Université de l’État de Washington ont construit un dispositif de preuve de concept qui comprend l’un des circuits cruciaux de l’informatique neuromorphique – le memristor – construit à partir d’un support improbable : le miel. Les chercheurs espèrent que leurs recherches ouvriront la voie à des systèmes informatiques biodégradables, durables et organiques qui sont des ordres de grandeur plus efficaces que les architectures informatiques conventionnelles.
Pour construire l’appareil, les chercheurs ont transformé du vrai miel d’abeille en une forme solide maintenue entre deux électrodes métalliques, un peu comme la façon dont les synapses de votre cerveau se trouvent entre des paires de neurones. L’appareil a ensuite été testé pour sa capacité à s’allumer et à s’éteindre rapidement à des vitesses comprises entre 100 et 500 nanosecondes pour leurs homologues biologiques – et cela a réussi.
« Il s’agit d’un très petit appareil avec une structure simple, mais il a des fonctionnalités très similaires à celles d’un neurone humain », a déclaré Feng Zhao, professeur agrégé de la WSU’s School of Engineering and Computer Science, dans l’annonce. « Cela signifie que si nous pouvons intégrer des millions ou des milliards de ces memristors de miel ensemble, alors ils peuvent être transformés en un système neuromorphique qui fonctionne un peu comme un cerveau humain. »
L’informatique neuromorphique se situe au carrefour de l’évolution technologique et biologique. Les conceptions neuromorphiques visent à imiter le fonctionnement des neurones et des synapses de notre cerveau (développés au cours de millions d’années d’évolution) afin de débloquer des améliorations d’ordre de grandeur à la fois en termes de capacité de calcul et d’efficacité énergétique. La différence abyssale d’efficacité ne peut être sous-estimée : le supercalculateur le plus puissant du monde, le japonais Fugaku basé à Arm, consomme en moyenne 28 millions de watts. Oui, il peut résoudre des problèmes que notre cerveau ne peut pas résoudre ; Mais le contraire est aussi vrai. Les ordinateurs modernes n’ont toujours pas l’étincelle de créativité qui vient (au moins en partie) de la capacité de combiner des informations connues de manière novatrice – tout en consommant environ 10 W à 20 W de puissance. Les memristors, avec leur capacité à traiter et à stocker des données, sont essentiels pour atteindre des niveaux d’efficacité comparables.
Les systèmes conventionnels tels que les meilleurs PC de jeu actuels sont basés sur la conception Von Neumann, une architecture informatique proposée en 1945 par son créateur homonyme. Celles-ci exigent que le système informatique soit conçu avec des mécanismes d’entrée tels qu’un clavier, une souris ou un écran tactile, ainsi qu’un support de sortie (tel que votre écran d’ordinateur). Et afin de traiter les entrées et de les convertir en sortie souhaitée, les architectures Von Neumman incluent un processeur et des banques de stockage de données, telles que des caches internes (qui n’ont fait qu’augmenter au fil des années) et des banques de mémoire externes (telles que RAM). Cela leur permet de stocker à la fois les résultats intermédiaires et finaux du calcul, ainsi que les jeux d’instructions cruciaux qui guident les transistors du CPU tout au long de leurs charges de travail.
La distance physique qui sépare les éléments informatiques du stockage entraîne des pénalités de performances et d’efficacité énergétique. Celles-ci ne font qu’augmenter à mesure que les données doivent être récupérées, ce qui est l’une des raisons du développement des caches intégrés au processeur (dont le V-Cache 3D d’AMD est un bon exemple) qui visent à réduire la distance entre le stockage et éléments informatiques.
Alors que les chercheurs se sont penchés sur de nombreux matériaux organiques candidats à la conception du memristor, tels que les protéines, les sucres et d’autres composés organiques, le miel présentait les caractéristiques les plus prometteuses.
« Le miel ne se gâte pas », a déclaré Zhao. « Il a une très faible concentration d’humidité, de sorte que les bactéries ne peuvent pas y survivre. Cela signifie que ces puces informatiques seront très stables et fiables pendant très longtemps. »
Un autre élément important des systèmes neuromorphiques potentiels à base de miel est leur extrême biodégradabilité, qui aiderait à réduire les tonnes de déchets électroniques provenant d’électronique à base de silicium obsolète ou défectueuse.
« Lorsque nous voulons nous débarrasser d’appareils utilisant des puces informatiques faites de miel, nous pouvons facilement les dissoudre dans l’eau », a poursuivi Zhao. « En raison de ces propriétés particulières, le miel est très utile pour créer des systèmes neuromorphiques renouvelables et biodégradables. » Cela pose des défis non seulement pour ceux d’entre nous qui ont la malchance de faire du café renversé sur l’électronique un sport personnel, mais aussi pour la déployabilité éventuelle de ces solutions dans des environnements moins contrôlables.
Cependant, il reste encore du travail à faire sur l’approche memristor à base de miel. L’un des prochains objectifs de recherche est de miniaturiser davantage l’élément informatique. Alors que la conception actuelle se situe à une micro-échelle (environ la taille d’un cheveu humain), l’équipe vise à ramener sa taille relative à l’échelle nanométrique (environ 1/1 000 plus petite). Il est impossible de contourner cette exigence de mise à l’échelle : ce n’est qu’à l’échelle nanométrique que les appareils pourront contenir des millions, voire des milliards de ces éléments informatiques, la quantité jugée nécessaire pour des systèmes neuromorphiques utiles.
Aussi prometteuse que soit la recherche, elle pourrait éventuellement être impactée par la population mondiale d’abeilles de plus en plus menacée. Mais encore une fois, nous serions probablement confrontés à des défis beaucoup plus difficiles que la perte de capacité à déployer des systèmes informatiques neuromorphiques basés sur le miel.