Samsung présente l'idée de « copier-coller » le cerveau sur des puces neuromorphiques
L'entreprise Samsung a partagé une nouvelle idée qui rapproche le monde d'un pas de la création de puces neuromorphiques capables de mieux imiter le cerveau. Cette idée, née chez des ingénieurs et des scientifiques de premier plan de Samsung et de l'université de Harvard, a été publiée dans Nature Electronics sous forme d'article intitulé « Électronique neuromorphique fondée sur le copier-coller du cerveau ».
Les auteurs de l'article sont Donhee Ham, chercheur au Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) et professeur à l'université de Harvard, Hongkun Park, professeur à l'université de Harvard, Sungwoo Hwang, président et directeur général de Samsung SDS et ancien responsable du SAIT, ainsi que Kinam Kim, vice-président et directeur général de Samsung Electronics.
« Faire de la rétro-ingénierie du cerveau en imitant la structure et les fonctions des réseaux neuronaux sur un circuit intégré en silicium était l'objectif initial de l'ingénierie neuromorphique, mais reste une perspective lointaine. Ainsi, l'accent de l'ingénierie neuromorphique s'est déplacé d'une imitation stricte du cerveau vers des projets inspirés des caractéristiques qualitatives du cerveau, notamment les signaux déclenchés par événements et le traitement de l'information en mémoire. Nous examinons ici les approches actuelles de l'ingénierie neuromorphique et proposons une vision qui ramène l'électronique neuromorphique à son objectif initial : la rétro-ingénierie du cerveau », indique le document scientifique.
L'essentiel de l'idée tient en deux mots : « copier » et « coller ». L'article propose de copier la carte des connexions neuronales du cerveau à l'aide d'une matrice de nanoélectrodes développée par Ham et Park, puis de coller cette carte dans un réseau tridimensionnel de mémoire à semi-conducteurs haute densité, technologie dans laquelle l'entreprise est le leader mondial.
Grâce à cette approche de copier-coller, les auteurs envisagent la possibilité de créer une puce mémoire qui rapproche les caractéristiques de calcul uniques du cerveau : faible consommation d'énergie, apprentissage facile, adaptation à l'environnement, ainsi qu'autonomie et cognition. Ces caractéristiques ont toujours été hors de portée des technologies actuelles.
Le cerveau est composé d'un grand nombre de neurones, et leur schéma de câblage détermine les fonctions de l'organe. Ainsi, connaître la carte est la clé de la rétro-ingénierie du cerveau.
L'objectif initial de l'ingénierie neuromorphique, apparue dans les années 1980, était d'imiter cette structure et cette fonction des réseaux neuronaux sur une puce en silicium. La tâche s'est révélée difficile, car on sait encore peu de choses sur la façon dont un grand nombre de neurones sont connectés entre eux pour produire les fonctions supérieures du cerveau. L'objectif de l'ingénierie neuromorphique a donc été simplifié : créer une puce « inspirée » du cerveau plutôt qu'une imitation précise de celui-ci.
Les auteurs proposent une façon de revenir à l'objectif neuromorphique initial de rétro-ingénierie du cerveau. La matrice de nanoélectrodes peut pénétrer efficacement un grand nombre de neurones, ce qui lui permet d'enregistrer leurs signaux électriques avec une grande sensibilité. Ces enregistrements intracellulaires massifs et parallèles renseignent la carte du câblage neuronal, en indiquant où les neurones se connectent entre eux et à quel point ces liaisons sont fortes. On peut donc extraire ou « copier » la carte du câblage neuronal à partir de ces enregistrements de contrôle.
La carte neuronale copiée peut ensuite être « collée » dans un réseau de mémoire non volatile, comme la mémoire flash commerciale utilisée au quotidien dans les disques SSD, ou une « nouvelle » mémoire telle que la RRAM (mémoire résistive à accès aléatoire), en programmant chaque cellule de façon que sa conductance représente la force de chaque connexion neuronale de la carte copiée.
L'article franchit une étape supplémentaire et propose une stratégie d'insertion rapide de la carte du câblage neuronal dans un réseau de mémoire. Un réseau de dispositifs de mémoire non volatile spécialement conçus peut apprendre et reproduire la carte des connexions neuronales lorsqu'il est directement piloté par les signaux intracellulaires enregistrés. Il s'agit d'un schéma qui charge directement la carte des connexions neuronales du cerveau dans une puce mémoire.
Comme le cerveau humain compte environ 100 milliards de neurones et environ 1000 fois plus de connexions synaptiques, une puce neuromorphique finale nécessiterait environ 100 000 milliards de souvenirs. L'intégration d'une telle quantité de mémoire sur une seule puce est devenue possible grâce à l'intégration tridimensionnelle de la mémoire, une technologie dirigée par Samsung, qui a ouvert une nouvelle ère dans ce secteur.
Forte de son savoir-faire avancé dans la fabrication de puces, l'entreprise prévoit de poursuivre ses recherches en ingénierie neuromorphique afin de renforcer son leadership dans les semi-conducteurs pour l'intelligence artificielle de nouvelle génération.
« La vision que nous présentons est très ambitieuse. Mais travailler sur un objectif aussi audacieux repoussera les limites de l'intelligence artificielle, des neurosciences et des technologies des semi-conducteurs »
C'est clairement un défi difficile pour toute entreprise, car il n'existe pas de code nécessaire au fonctionnement d'un cerveau virtuel. Samsung a peut-être ouvert la porte à une intelligence artificielle semblable à celle de l'humain, mais il pourrait falloir très longtemps avant que quiconque atteigne cet objectif.
