Samsung Electronics propose une vision pour « copier et coller » le cerveau sur des puces neuromorphiques – Samsung Global Newsroom

Avec des chercheurs de Harvard, Samsung présente une nouvelle approche pour l’ingénierie inverse du cerveau sur une puce mémoire, dans un article Perspective publié dans Nature Electronics

Samsung Electronics, un leader mondial de la technologie avancée des semi-conducteurs, a partagé aujourd’hui une nouvelle idée qui rapproche le monde de la réalisation de puces neuromorphiques qui peuvent mieux imiter le cerveau.

Envisagée par les principaux ingénieurs et universitaires de Samsung et de l’Université de Harvard, cette idée a été publiée sous la forme d’un article Perspective, intitulé « L’électronique neuromorphique basée sur le copier-coller du cerveau », par Nature Electronics. Donhee Ham, membre du Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) et professeur de l’Université de Harvard, le professeur Hongkun Park de l’Université de Harvard, Sungwoo Hwang, président et chef de la direction de Samsung SDS et ancien chef de SAIT, et Kinam Kim, vice-président et chef de la direction de Samsung Electronics sont les auteurs co-correspondants.

Image de neurones de rat sur CNEA (CMOS nanoelectrode array).

L’essence de la vision avancée par les auteurs est mieux résumée par les deux mots « copier » et « coller ». L’article suggère un moyen de copier la carte de connexion neuronale du cerveau à l’aide d’un réseau de nanoélectrodes révolutionnaire développé par le Dr Ham et le Dr Park, et de coller cette carte sur un réseau tridimensionnel à haute densité de mémoires à semi-conducteurs, la technologie pour dont Samsung a été un leader mondial.

Grâce à cette approche copier-coller, les auteurs envisagent de créer une puce mémoire qui se rapproche des caractéristiques informatiques uniques du cerveau – faible consommation, apprentissage facile, adaptation à l’environnement, et même autonomie et cognition – qui ont été hors de portée de la technologie actuelle. .

Le cerveau est composé d’un grand nombre de neurones et leur schéma de câblage est responsable des fonctions du cerveau. Ainsi, la connaissance de la carte est la clé de la rétro-ingénierie du cerveau.

Alors que l’objectif initial de l’ingénierie neuromorphique, lancée dans les années 1980, était d’imiter une telle structure et fonction des réseaux neuronaux sur une puce de silicium, cela s’est avéré difficile car, même jusqu’à présent, on sait peu de choses sur la façon dont le grand nombre de neurones sont câblés. ensemble pour créer les fonctions supérieures du cerveau. Ainsi, l’objectif de l’ingénierie neuromorphique a été facilité à concevoir une puce « inspirée » par le cerveau plutôt que de l’imiter rigoureusement.

Cet article suggère un moyen de revenir à l’objectif neuromorphique original de l’ingénierie inverse du cerveau. Le réseau de nanoélectrodes peut effectivement pénétrer dans un grand nombre de neurones afin d’enregistrer leurs signaux électriques avec une sensibilité élevée. Ces enregistrements intracellulaires massivement parallèles informent la carte du câblage neuronal, indiquant où les neurones se connectent les uns aux autres et à quel point ces connexions sont fortes. Par conséquent, à partir de ces enregistrements révélateurs, la carte du câblage neuronal peut être extraite ou « copiée ».

La carte neuronale copiée peut ensuite être « collée » sur un réseau de mémoires non volatiles, telles que des mémoires flash commerciales qui sont utilisées dans notre vie quotidienne dans des disques à semi-conducteurs (SSD) ou de « nouvelles » mémoires telles que l’accès aléatoire résistif. mémoires (RRAM) – en programmant chaque mémoire de sorte que sa conductance représente la force de chaque connexion neuronale dans la carte copiée.

(De gauche à droite) Donhee Ham, membre du Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) et professeur de l’Université Harvard, Hongkun Park, professeur de l’Université Harvard, Sungwoo Hwang, président-directeur général de Samsung SDS (ancien directeur du SAIT) et Kinam Kim , vice-président et PDG de Samsung Electronics, les auteurs co-correspondants.

L’article va plus loin et suggère une stratégie pour coller rapidement la carte du câblage neuronal sur un réseau de mémoire. Un réseau de mémoires non volatiles spécialement conçues peut apprendre et exprimer la carte de connexion neuronale, lorsqu’elle est directement entraînée par les signaux enregistrés intracellulairement. Il s’agit d’un schéma qui télécharge directement la carte de connexion neuronale du cerveau sur la puce mémoire.

Étant donné que le cerveau humain compte environ 100 milliards de neurones et un millier de fois plus de connexions synaptiques, la puce neuromorphique ultime nécessitera environ 100 000 milliards de souvenirs. L’intégration d’un si grand nombre de mémoires sur une seule puce serait rendue possible par l’intégration 3D de mémoires, la technologie dirigée par Samsung qui a ouvert une nouvelle ère pour l’industrie de la mémoire.

S’appuyant sur son expérience de premier plan dans la fabrication de puces, Samsung prévoit de poursuivre ses recherches sur l’ingénierie neuromorphique, afin d’étendre le leadership de Samsung dans le domaine des semi-conducteurs d’IA de prochaine génération.

« La vision que nous présentons est très ambitieuse », a déclaré le Dr Ham. « Mais travailler vers un objectif aussi héroïque repoussera les limites de l’intelligence artificielle, des neurosciences et de la technologie des semi-conducteurs. »

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