La prochaine génération d’ordinateurs s’inspire du cerveau humain

L’université de Lancaster dirige un projet de 2,1 millions de livres sterling avec Cambridge et Durham qui vise à révolutionner le domaine de l’intelligence artificielle (IA) et de l’informatique.

Le programme MemOD (Memristive Organometallic Devices formed from Self-Assembled Multilayers) réunit des experts de renommée mondiale dans les domaines de l’électronique à l’échelle moléculaire, de la synthèse chimique, du transport quantique et de la fabrication de dispositifs afin de mettre au point la prochaine génération d’ordinateurs.

MemOD vise à mettre au point des dispositifs de mémoire à haute performance en utilisant la technologie moléculaire auto-assemblée. En exploitant les effets quantiques au niveau moléculaire, MemOD vise à fournir des dispositifs de mémoire plus rapides, plus stables et plus économes en énergie que les options actuelles, autant d’éléments nécessaires pour que le matériel informatique puisse répondre aux exigences croissantes de l’utilisation de l’IA dans tous les aspects de notre vie.

Le professeur Robinson* a indiqué : « Le projet MemOD représente un changement de paradigme dans la technologie informatique. En exploitant les multicouches moléculaires ordonnées, nous ouvrons de nouvelles possibilités pour l’IA et l’informatique neuromorphique à haute performance et à faible consommation d’énergie. Cette recherche a le potentiel de transformer l’avenir du matériel d’intelligence artificielle tout en soutenant les efforts de développement durable à l’échelle mondiale.

Les dispositifs memristifs ou memristors (abréviation de « memory resistors ») sont un type de nanodispositif qui permet le calcul en mémoire, surmontant ainsi une limitation fondamentale des ordinateurs actuels. Il s’agit du transfert constant de données entre la mémoire et les unités de traitement, connu sous le nom de goulot d’étranglement de von Neumann, qui est lent et consomme des quantités substantielles d’énergie.

L’informatique en mémoire élimine ce goulet d’étranglement en intégrant les fonctions de mémoire et de traitement de la même manière que le cerveau humain s’appuie sur les neurones et les synapses pour le stockage et le calcul.

Les dispositifs memristifs imitent les synapses du cerveau en raison de leur faible consommation d’énergie, de leur haute densité d’intégration et de leur capacité à simuler la plasticité synaptique à l’aide d’un réseau neuronal artificiel. Contrairement aux technologies de mémoire traditionnelles, les memristors sont non volatiles, ce qui signifie qu’ils conservent les données même lorsqu’ils sont éteints, réduisant ainsi le gaspillage d’énergie et augmentant la vitesse de traitement.

Cependant, la technologie conventionnelle des memristors présente des difficultés, notamment la variabilité et la dégradation du signal au fil du temps. MemOD vise à surmonter ces difficultés en introduisant des multicouches de molécules organométalliques hautement ordonnées et auto-assemblées de manière séquentielle. Ces nouvelles structures permettent un contrôle précis des performances, ce qui les rend plus fiables et plus évolutives pour les applications d’intelligence artificielle à grande échelle.

Le partenaire industriel de MemOD est la société Quantum Base, issue de l’université de Lancaster, dont le cofondateur et scientifique en chef, le professeur Robert Young, a ajouté : « La proposition de MemOD vise à réaliser des économies d’échelle dans le domaine de l’intelligence artificielle ; elle vise à réaliser de nouveaux dispositifs memristor nanostructurés constitués de films ordonnés de molécules organométalliques, qui utilisent les effets d’interférence quantique à température ambiante. »

« Je suis convaincu que l’équipe MemOD est idéalement placée pour réaliser cette ambition. Le projet est en parfaite adéquation avec les objectifs fondamentaux de Quantum Base, et nous nous réjouissons de pouvoir collaborer avec le consortium afin de contribuer au développement et à la commercialisation potentielle des technologies qui pourraient émerger de ce projet ».

* Le projet est dirigé par le directeur de la science des matériaux de Lancaster, le professeur Benjamin Robinson, avec le professeur Chris Ford du Cavendish Laboratory de l’université de Cambridge, le professeur Martin Bryce de l’université de Durham et le professeur Colin Lambert de Lancaster, qui a récemment reçu la médaille et le prix Mott de l’Institut de physique pour ses travaux sur l’électronique à l’échelle moléculaire.