Mottronique, stocker des données grâce aux neurones artificiels

Imaginez un composant mille fois plus petit, mille fois plus rapide et mille fois plus économe en énergie que ceux utilisés par nos ordinateurs actuels pour stocker les informations que nous produisons tous les jours. C’est ce que nous vous proposons de fabriquer dans l’expérience en réalité virtuelle pour l’Université de Nantes.

Découvrez l'expérience

Un Neurones de Mott,
c’est quoi ?

Des chercheurs de l’Institut des matériaux Jean Rouxel ont réalisé un nouveau composant électronique qui permet de reproduire le fonctionnement d'un neurone. Ce neurone artificiel est fabriqué par superposition de couches minces, compatible avec la microélectronique (actuelle). Ce procédé ouvre ainsi une voie vers la réalisation de circuits neuronaux artificiels. Les applications de cette nouvelle technologie sont impressionnantes : diminution des supports de stockage, grande vitesse d’accès à l’information stockée, et faible consommation énergétique.

Suite

Le potentiel de la mottronique
en quelques chiffres

10 000

fois plus petit que les composants de nos ordinateurs actuels

10 000

fois plus économique
en énergie

10 milliards

de dollars d'investissements
en 2025

Une expérience en réalité virtuelle

L'expérience ci-dessous, relate une simulation de laboratoire que nous avons réalisée en réalité virtuelle.

Vous êtes placé au coeur d'un laboratoire futuriste. Dans un premier temps une courte introduction vous pose le contexte et les enjeux. Ensuite vous êtes invités à observer la réalisation d'un neurone de Mot grace à une machine de dépôt mince sous vide. Et enfin, une expérience met en évidence les qualités et avantages du nouveau composant appelé Neurone de Mott.
Ci-dessous, Vous pouvez suivre l'expérience en vidéo chapitrée (cliquez sur les chapitre à gauche) et/ou un peu plus bas, en lecture et image.

Introduction

Depuis l’invention de l’écriture, les progrès de l’humanité sont allés de pair avec la conservation et la transmission des savoirs. Au cours du dernier millénaire, ces savoirs ont été principalement stockés et échangés grâce aux livres.

Mais aujourd’hui, la quantité de nouvelles données stockées sur internet est devenue astronomique et représenterait chaque jour une pile de livres allant de la terre au soleil.
Stocker (et exploiter) une telle quantité de données représente un défi de taille, d’autant plus que cela mobilise 15 % de la consommation d’électricité mondiale.

De plus, l’exploitation de cette masse de données représente un véritable challenge pour les acteurs d’internet. Ceux-ci développent aujourd’hui des intelligences artificielles performantes à base de réseaux de neurones logiciels.

Leur efficacité a permis par exemple de surpasser l’homme au jeu de Go, performance qui semblait impossible il y a encore quelques années. Mais derrière le logiciel se cachent des super-ordinateurs basés sur des composants électroniques classiques, qui consomment 10000 fois plus d’énergie que le cerveau humain.

Fabrication

Imaginez maintenant une nouvelle électronique proposant des composants innovants, imaginez un neurone artificiel 1000 fois plus petit et 1000 fois plus économe en énergie, imaginez une mémoire 10000 fois plus rapide que les solutions actuelles. C’est la promesse de la Mottronique, une électronique de rupture basée sur une nouvelle classe de matériaux, les isolants de Mott.

Dans l’expérience qui va suivre, nous vous proposons de fabriquer ces nouveaux composants. Le support de ces composants est d’abord mis sous vide dans un sas.

A travers le hublot de l’instrument, vous pouvez observer le dépôt d’une couche mince des nouveaux matériaux par la technique de pulvérisation magnétron.
Un plasma émettant une lumière violette arrache les atomes d’un bloc de matériau. Ces atomes arrachés viennent se redéposer sur le support, créant une couche mince du matériau isolant de Mott d’une épaisseur 1000 fois inférieure à celle d’un cheveu.

Vous venez de réaliser un neurone de Mott ! A droite de la machine, le microscope à résolution atomique vous permet de l’observer. Vous pouvez ainsi visualiser l’organisation régulière des atomes dans la couche mince en utilisant la manette. transition.
Dans l’expérience suivante, vous allez pouvoir faire fonctionner ce neurone.

Expérience

Pressez brièvement une fois le bouton grâce à la manette. Une impulsion électrique peu intense est envoyée sur le neurone de Mott. Elle crée temporairement au sein du matériau isolant des zones métalliques blanches. Mais leur nombre n’est pas suffisant et le courant électrique ne peut pas le traverser.

Appliquez maintenant plusieurs brèves impulsions successives. Vous avez atteint le seuil ! Le nombre de zones métalliques est maintenant suffisant pour créer un filament conducteur traversant le matériau et laissant passer le courant électrique. Ce comportement d’accumulation de zones métalliques et de déclenchement d’un signal au-dessus d’un seuil est analogue à celui observé dans les neurones du cerveau.

Les isolants de Mott permettent ainsi de réaliser très simplement des neurones artificiels. Mais ce n’est pas tout. Appliquez maintenant une impulsion électrique beaucoup plus intense en appuyant longuement sur la gâchette.

Un filament conducteur permanent se crée immédiatement au sein du matériau en moins de 50 milliardième de seconde. L’isolant de Mott, avec ses deux états isolant et conducteur, permet ainsi de stocker l’information de manière binaire et de réaliser un autre composant, une mémoire 10000 fois plus rapide que celles utilisées aujourd’hui.

Conclusion

Comme nous l’avons vu, la microélectronique d’aujourd’hui atteint ses limites de miniaturisation et consomme énormément d’énergie.

Avec le développement de l’intelligence artificielle et des objets connectés, le marché associé aux composants ultra-miniaturisés et peu énergivores est en pleine expansion.

De nouveaux composants, tels que les neurones et les mémoires de Mott, pourraient réduire drastiquement la taille et la consommation des ordinateurs.

Passer du prototype d’aujourd’hui à la Mottronique de demain, c’est le défi que se sont fixé les chercheurs de l’Institut des Matériaux Jean Rouxel.