IBM a révélé ce mois-ci dans le magazine Science la mise au point d'un processeur basé sur une architecture synaptique, qui vise à reproduire le fonctionnement du cerveau humain pour augmenter très sensiblement les capacités de traitement, tout en minimisant l'énergie nécessaire aux calculs. Baptisée TrueNorth, la puce fabriquée par Samsung Electronics à une échelle de 28nm est dotée de 5,4 milliards de transistors entrelacés qui permettent de reproduire l'équivalent de 1 million de neurones programmables (pour le calcul) et 256 millions de synapses (pour la mémoire).
En 2011, l'équipe d'IBM Research dirigée par Dharmendra S. Modha avait déjà présenté une première puce "cognitive", qui concrétisait le projet SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics) lancé en 2008 en collaboration avec l'armée américaine. Mais elle n'était alors composée que d'un seul coeur synaptique. La puce présentée ce mois-ci compte 4096 noyaux neuro-synaptiques, qui intègrent tous leur propre mémoire, capacité de calcul, et module de communication. Tous ces noyaux fonctionnent en parallèle, ne sont activés qu'en cas de besoin — ce qui permet de limiter la consommation électrique, et l'ensemble peut fonctionner en cas de défaillance de l'un ou plusieurs des coeurs.
Par ailleurs, il est possible de placer une infinité de puces TrueNorth sur une même carte-mère, pour associer leurs capacités de calcul. IBM a ainsi dévoilé qu'il avait composé un système de 16 puces, permettant d'atteindre 16 millions de neurones programmables et 4 milliards de synapses programmables.
Une puce dédiée à des tâches précises
Selon Dharmendra Mohda, les puces cognitives comme le TrueNorth permettront de créer des interfaces de calcul complémentaires aux processeurs qui équipent les systèmes traditionnels basés sur l'architecture de von Neumann, qui sépare la mémoire, les instructions et le calcul en entités distinctes. Dotées d'une forme d'intelligence propre, les puces SyNAPSE serviront avant tout de processeurs spécialisés dans l'apprentissage machine, comme il existe déjà des puces ASIC pour des tâches de calcul spécifiques.
La TrueNorth est ainsi spécialisée dans le traitement de signaux reçus de différents capteurs, par exemple pour reconnaître instantanément des objets ou des visages, comme le fait un cerveau humain. Mais plutôt que de suivre des instructions programmées et de comparer ce qu'elle "voit" avec une base de données classique, la puce utilise ses propres noyaux avec sa propre mémoire.
Ainsi les signaux perçus par une caméra vidéo "sont acheminés vers le réseau de neurones et de synapses sur la puce", explique IBM. "Les signaux sont convertis en pointes d'électricité qui se déplacent le long des fils correspondant aux axones dans le cerveau, font contact avec des commutateurs numériques, qui correspondent aux neurones du cerveau, et, en fonction de leur composition et de la force, se déploient vers d'autres neurones par l'intermédiaire d'axones et de synapses virtuels -les points de raccordement. De cette façon, le réseau de neurones donne du sens aux motifs de signaux et apprend à identifier les motifs récurrents".
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