Brain-Like Computing Objectif de la nouvelle initiative

Alors que la société s’adapte pour devenir centrée sur l’information, l’informatique conventionnelle approche de ses limites fondamentales. La nécessité pour l’informatique de devenir plus rapide et plus économe en énergie augmente de façon exponentielle.

La Texas A&M University est sur le point de diriger son premier centre de recherche sur les frontières de l’énergie (EFRC) financé par le Département de l’énergie (DOE). Le centre se concentrera sur les matériaux électroniques reconfigurables inspirés par la dynamique neuronale non linéaire (REMIND), une initiative qui s’efforce de transformer l’informatique pour qu’elle se comporte davantage comme un cerveau humain pour un traitement rapide et efficace.

R. Stanley Williams, professeur au Département de génie électrique et informatique_, sera le directeur de l’EFRC, et Sarbajit Banerjee, professeur au Département de science et génie des matériaux et au Département de chimie, sera le directeur associé.

Nous sommes à la croisée des chemins pour l’avenir de l’informatique, a déclaré Banerjee. Les voitures autonomes, les réseaux en réseau et la médecine personnalisée sont en plein essor, et tous nécessitent d’énormes quantités d’énergie. Une toute nouvelle approche axée sur l’informatique semblable au cerveau est essentielle pour répondre aux besoins de la société.

Les ordinateurs modernes excellent dans diverses fonctions essentielles, comme l’arithmétique de haute précision et la résolution d’équations connues. Cependant, ils fonctionnent mal en ce qui concerne les capacités humaines naturelles telles que l’apprentissage en temps réel, l’identification de concepts et la prise de décision.

Cette capacité à traiter l’information est possible parce que le cerveau humain possède des cellules nerveuses (neurones) qui comparent en permanence les stimuli entrants avec les données apprises précédemment. Les neurones communiquent entre eux via des signaux électriques et chimiques via des connexions appelées synapses qui stockent des souvenirs. Bien que les étapes biologiques individuelles soient lentes par rapport à celles des transistors, un nombre énorme d’entre elles fonctionnent simultanément pour effectuer des calculs sophistiqués avec des ordres de grandeur économes en énergie supérieurs aux ordinateurs électroniques les plus avancés.

Disons que nous regardons une photo d’un chien, a déclaré Banerjee. Un cerveau humain peut presque immédiatement reconnaître le chien lui-même, son type et son âge relatif. Un ordinateur aura du mal avec la reconnaissance de base et peut faire une erreur importante tout en utilisant beaucoup plus d’énergie pour le faire.

Les chercheurs impliqués dans l’initiative REMIND découvrent des moyens d’émuler les neurones et les synapses humaines dans les circuits électriques en concevant, créant et assemblant des matériaux qui présentent des réponses non linéaires accordables aux signaux électriques entrants, tels que le seuillage, l’amplification, l’intégration et la mémoire intégrée. En d’autres termes, ils imitent le système de traitement du cerveau humain et tentent de l’assembler en un ordinateur hautement efficace et performant.

Notre centre cherche à découvrir la science fondamentale des neurones et synapses artificiels, a déclaré Williams. Nous sommes impatients de résoudre un défi générationnel qui transformera l’avenir de l’informatique.

En cas de succès dans la mise en œuvre de ces techniques, leurs découvertes pourraient réduire considérablement la consommation d’énergie utilisée par les ordinateurs, aidant ainsi à lutter contre la crise énergétique.

Nous nous concentrons sur le fait de faire passer les ordinateurs du calcul des fonctions mathématiques à l’apprentissage et à la prise de décisions dans des environnements incertains et changeants, a déclaré Banerjee. Étaient en train de découvrir les chimies et les matériaux fondamentaux pour fabriquer la prochaine génération d’informatique semblable au cerveau.

Le DOE a récemment annoncé les prix EFRC pour développer des technologies capables de transformer la production d’énergie et de réduire les émissions nocives. Les efforts de recherche auront la contribution de 54 universités et 11 laboratoires nationaux dans 34 États.

L’EFRC est une collaboration entre le College of Engineering, le Département de chimie, la Texas A&M Engineering Experiment Station, le National Renewable Energy Laboratory, le Lawrence Berkeley National Laboratory et les Sandia National Laboratories. Outre Banerjee et Williams, les chercheurs de REMIND incluent Raymundo Arroyave, Matt Pharr, Xiaofeng Qian et Patrick Shamberger du département de science et ingénierie des matériaux ; Perla Balbuena du département de génie chimique Artie McFerrin ; et Marcetta Darensbourg et Kim Dunbar du Département de chimie. L’équipe représente l’étendue et la profondeur de l’expertise nécessaire pour relever ce défi complexe couvrant plusieurs disciplines.