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Remark imagine des ordinateurs plus puissants in s’inspirant du cerveau humain

We ordinateurs sont de plus en plus puissants. Ils gagnent en rapidité, en puissance de calcul, et permettent de réaliser des tâches toujours plus complexes, comme en témoigne le passage récent aux supercalculateurs exaflopiques avec « Frontier » aux États-Unis. These advances are essential to proceed to progress within the domains on the level of informatics with synthetic intelligence and different succesful traiters of issues of a croissant advanced.

Properly, it’s potential to extend the identify of transistors for accroître la puissance de calculo ou la mémoire d’un ordinateur en les miniaturisant – jusqu’à a sure level (a process for manufacturing faisant transistors seulement 2 nanomètres is at the moment in growth), ce n’est pas suffisant. In reality, there may be one other restrict that’s inherent within the group of parts of a pc.

Cette limite vient du fait que le processor que réalise les calculs et la mémoire que stocke les résultats sont physiquement separés. The ordinateur consecrates values ​​plus temps and power to switch them between the reminiscence and the processor that faire the required mathematical operations to the execution of helpful duties. Ce phénomène s’appelle le « goulot d’étanglement de von Neumann ».

Imiter le fonctionnement des neurons et synapses pour mieux calculer. Ici, deux neurons de sauterelles, l’un bleu, l’autre orange – NIH / Flickr CC BY-NC 2.0

A option to transcend the bounds is to rethink the structure of a pc and to suggest new parts that encourage human beer. The nouveau kind of electronics which evokes the beer to enchantment to the « neuromorphism ».

Des dispositifs neuromorphiques ont déjà fait leurs foresees par exemple en reconnaissant des chiffres écrits ainsi que des chiffres et des voyelles parlés.

​Use the « spintronique » to mimic the perform of neurons

These neuromorphic units may be manufactured notably due to spintronics, a type of electronics that exploits the cost of the electron (just like the digital classique), however they’re additionally “spin”.

Grâce à la spintronique, des calculs longs et gourmands en énergie sur un processeur «classique» sont substituted by an ultrafast phenomène physique, économe en énergie, et qui peut être intégré dans des circuits électroniques classiques.

On peut aussi créer de nouvelles stratégies pour rapprocher les models de mémoire et les models de calcul et ainsi receive des ordinateurs plus puissants, plus rapides et plus économes en énergie.

Properly, sure, the remainder of the names are revealed, how one can join a large number of constructions between them (for the development of advanced circuits) or the event of apprentice algorithms optimized for the kind of circuit with a neuromorphic structure and spintronic parts.

The spintronique, késako?

An electron peut être représenté de manière schématique comme un petit aimant que tourne sur lui-même.  Il peut être orienté avec un spin « vers le haut » ou « vers le bas »
An electron peut être représenté de manière schématique comme un petit aimant que tourne sur lui-même. Il peut être orienté avec un spin « vers le haut » ou « vers le bas » – Chloé Chopin (through The Dialog)

The spin of the electron is a quantum property that’s troublesome to signify dans le monde classique. A simplified imaginative and prescient is to think about an electron as a petit aimant that turns sur lui-même. Ce petit aimant peut être orienté vers le haut ou vers le bas et quand un courant possède plus d’electrons avec un spin vers le haut (ou l’inverse), saying that the courant is « polarized en spin ».

Different phénomènes très importants en spintronique sont sources d’purposes: les « effets de magnetoresistance » et le « transfert de spin ».

The “effets de magnetoresistance” are exploited dans las disques durs des ordinateurs.

Le principe est le suivant: deux couches magnétiques sont séparées por un materials non magnétique (qui est soit conducteur dans le cas de la «magnetoresistance géante» soit isolant dans le cas de la «magnetoresistance tunnel»). The one of many magnetic couches with a hard and fast aimantation, like a fridge aimant, so long as the opposite ones are aimantation who can get larger, that is the “free” couche. If they’re deux couches ont des aimantations parallèles alors le courant polarisé passe facilement et la résistance de la construction est faible tandis que si les are antiparallèles, alors le courant passe difficilement et la résistance de la construction est elevée.

Le “transfert de spin” découle de l’effet inverse. Dans ce cas, c’est le courant polarisé que va trasférer son de spinà l’aimantation de la couche «libre» avec comme effet le renversement de cette dernière. Dans certains cas, ce phenomène de transfert de spin mène également à des oscillations entretenues de l’aimantation pour creer ce qu’on appelle les oscillateurs à transfert de spin.

​Producer of synapses and synthetic neurons

Together with the switch of spin, to control a magnetic sofa (writing), and the impact of magnetoresistance, to measure the resistance standing that outcomes (studying), it grew to become potential to think about revolutionary units that vont pouvoir s’inspirer, voire imitate certaines caractéristiques du cerveau humain afin de fabriquer des synapses et des synthetic neurons.

A 3 nice names of synapses join the neurons between them, they transmit the knowledge and play the function of small reminiscences in order that the neurons combine the knowledge they obtain and return a sign known as «potential d’motion» if a seuil is out of attain, as a petite unit of calculus.

Dans un ordinateur neuromorphique, les neurons pourraient être basés sur des vortex magnetiques
Dans un ordinateur neuromorphique, les neurons pourraient être basés sur des vortex magnetiques – HZDR / Sahneweiß / H. Schultheiß (through The Dialog)

Pendant l’apprentissage, les connexions synaptiques vont se renforcer ou s’affaiblir. Elles vont ainsi transmettre plus ou moins d’informations selon leur significance. Il est donc intéressant de fabriquer des constructions dont la résistance peut varier grace au transfert de spin pour réaliser des synapses artificielles.

​In observe, extra approaches are explored by the chercheurs

For the manufacture of synthetic neurons due to the spintronics, extra purposes are potential.

L’une d’entre elles est de chercher à reproduire ce qui est observé dans le cerveau, en utilisant des architectures plus ou moins complexes pour fabriquer des neurones artificiels, afin notamment de reproduire les effets de seuil, ou de générer des trains de « spike » (potentiels d’motion) comme un neurone biologique.

A deuxième approche is to create a man-made neurone the place the reply is «non linéaire» (ce qui est une elementary property pour l’synthetic intelligence). For cela, il est potential d’utiliser des oscillateurs à transfert de spin comme ceux décrits plus haut. The « free » couche will also be eliminated by a magnetic construction particulière appelée « vortex ». C’est l’état le plus steady pour des dimensions alant de 50 nm à 5 microns. Sa dynamique transitoire lui confère une mémoire à court docket terme en plus d’un comportement non linéaire.

Cette construction est prometteuse pour des purposes neuromorphiques et elle est étudiée notamment pour pouvoir modéliser son conduct. In impact, at mettant au level a modèle précis et rapide, on peut se passer, dans une certaine mesure, de l’experimentation et des simulations et gagner un considérable temps: ce qui prendrait potentiellement des mois voire des années de simulation est réduit à quelques minutes of calculations.

Ces travaux s’inscription dans une voie prometteuse pour étudier des architectures complexes à base de composants spintroniques et ainsi lever certaines limitations des ordinateurs classiques.

Cette analyze a été rédigée par Chloe Chopinpostdoctoral fellow within the group of spintronic neuromorphique, et Flavio Abreu Araujoprofesseur et directeur du groupe de spintronique neuromorphique (tous deux à l’Université catholique de Louvain – Belgium).
The unique article was revealed on the location of The Dialog.

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