Conception de réseaux de neurones sur silicium à l’aide de synapses memristives : application au traitement d’image

Abstract

L’intelligence artificielle est une technologie en plein essor et utilisée de plus en plus dans diverses applications. Leurs algorithmes sont très gourmands en énergie. Pour des enjeux environnementaux et sociétaux, il est indispensable de réduire la consommation de ces algorithmes. Pour cela il est nécessaire de s’affranchir de la classique architecture de von Neumann. Le projet européen ULPEC dont cette thèse fait partie, a pour but de concevoir un réseau de neurones évènementiels à base de synapses memristives inspiré du fonctionnement du cerveau qui est par nature économe en énergie. Le memristor est une résistance variable commandable en tension qui peut, suivant les conditions d’utilisation, avoir le même comportement que des synapses biologiques.Le projet ULPEC consiste à concevoir une puce sur laquelle est présent une caméra évènementielle, un crossbar de memristors de 784x100 et un réseau de neurones analogiques. Le réseau de neurones est constitué de 784 neurones d’entrées et 100 de sorties. Les neurones d’entrées permettent de transformer un évènement venant de la caméra en un signal capable d’être lu par le réseau de neurones. Les neurones de sorties permettent la reconnaissance d’images spécifiques en modifiant la valeur des résistances des memristors afin de réaliser le processus d’apprentissage.Les neurones utilisés sont modélisés par un LIF (Leaky Integrate and Fire en anglais). Ce modèle a pour particularité d’être proche de la biologie et le grand avantage d’être facilement implantable électroniquement. Nous utiliserons un convoyeur de courant dans nos neurones post-synaptiques, ce qui permet de piloter aisément les synapses memristives. Nous avons réalisé des simulations proches du comportement physique de notre réseau et nous avons obtenu 67% de reconnaissance sur une base de données composée de chiffres manuscrits filmés par une caméra évènementielle.Ce manuscrit de thèse a pour but d’explorer la faisabilité d’un tel projet en se focalisent sur la conception des neurones en pointant les problèmes rencontrés et les résolvant dans la mesure du possible. Ces travaux ont permis d’explorer la faisabilité du premier réseau de neurones à base de synapses memristives de cette envergure et permettront de donner des pistes de recherche pour de futurs projets.