La formation des IA reste très gourmande en ressources processeur, en partie parce que les architectures de traitement traditionnelles correspondent mal aux types de réseaux de neurones largement utilisés. Cela a conduit au développement de ce que l’on appelle le matériel informatique neuromorphique, qui tente de modéliser le comportement des neurones biologiques dans le matériel.
Mais la plupart du matériel neuromorphique est implémenté dans du silicium, ce qui le limite à des comportements définis au niveau du matériel. Un groupe de chercheurs américains rapporte maintenant un type de matériel sans silicium qui est beaucoup plus flexible. Il fonctionne en contrôlant la quantité d’hydrogène présente dans un alliage de nickel, la quantité précise d’hydrogène commutant un seul appareil entre quatre comportements différents, chacun étant utile pour effectuer des opérations de réseau neuronal.
Donnez-lui le gaz
Le matériau utilisé ici fait partie d’une classe de composés appelés nickelates de pérovskite. La pérovskite est un terme général désignant un arrangement spécifique d’atomes dans une structure cristalline; une grande variété de produits chimiques peut former des pérovskites. Dans ce cas, le cristal est formé d’un matériau qui est un mélange de néodyme, de nickel et d’oxygène.
La structure cristalline a suffisamment d’espace ouvert pour pouvoir facilement absorber et retenir l’hydrogène. Une fois l’hydrogène incorporé, son électron finira souvent par être transféré sur l’un des atomes de nickel. Cela modifie les propriétés électriques de l’atome et, ce faisant, modifie la conductivité du matériau en général. Le degré auquel ils changent dépend de la quantité d’hydrogène présente.
Étant donné que l’hydrogène se retrouve avec une charge positive après avoir cédé son électron, il peut être contrôlé par des champs électriques appliqués de l’extérieur. Ainsi, en contrôlant l’environnement électrique, il est possible de redistribuer l’hydrogène au sein de la structure pérovskite. Cela modifiera alors les propriétés conductrices du matériau.
Les chercheurs montrent que ces états sont métastables : ils changeront si une force externe est appliquée mais resteront stables jusqu’à six mois sans qu’il soit nécessaire de renouveler l’hydrogène. Il n’est pas clair s’il doit être actualisé à ce stade ou s’il s’agit simplement de la dernière vérification.
Dans tous les cas, les chercheurs créent un dispositif en connectant simplement la pérovskite à des électrodes dans une atmosphère d’hydrogène. (Pour faire pénétrer l’hydrogène dans le matériau, il faut qu’une électrode soit en platine ou en palladium.) À partir de là, ils ont démontré qu’il peut être commuté de manière fiable entre quatre états.
Un état lui permet d’agir comme une résistance, ce qui signifie que l’appareil peut agir comme un memristor. De même, il se comportera comme un memcapacitor, tenant la charge s’il est défini dans cet état. Lorsqu’il est en mode neurone de pointe, il accumule plusieurs signaux, auquel cas sa résistance change considérablement. Cela imite la façon dont un neurone exige que les pics entrants dépassent un seuil avant de passer à un état actif. Enfin, ils avaient une configuration qui agissait comme une synapse (au moins en termes de réseau de neurones), transformant une entrée en fonction de sa force.
Évidemment, il est possible de faire des choses similaires avec des appareils dédiés pour chacune des quatre fonctions si vous êtes prêt à activer et à désactiver différentes parties d’une puce en cas de besoin. Mais bon nombre de ces comportements sont analogiques, ce que le silicium nécessite encore plus de matériel pour émuler. Ici, tout cela se fait avec un seul bout de matière entre deux électrodes.