la technologie spintronique rencontre l’informatique inspirée du cerveau

Des chercheurs de l’Université de Tohoku ont créé un cadre théorique pour un système avancé de calcul de réservoir d’ondes de spin (RC) qui exploite la spintronique. Cette innovation fait progresser le domaine vers la réalisation d’appareils économes en énergie, à l’échelle nanométrique informatique avec une puissance de calcul inégalée.

Les détails de leurs conclusions ont été publiés dans npj Spintronique le 1er mars 2024.

À la poursuite de l’informatique de type cérébral

Le cerveau est l’ordinateur ultime et les scientifiques s’efforcent constamment de créer des dispositifs neuromorphiques qui imitent les capacités de traitement du cerveau, sa faible consommation d’énergie et sa capacité à s’adapter aux réseaux neuronaux. Le développement de l’informatique neuromorphique est révolutionnaire, car il permet aux scientifiques d’explorer des domaines à l’échelle nanométrique, à la vitesse du GHz, avec une faible consommation d’énergie.

Ces dernières années, de nombreuses avancées ont été réalisées dans les modèles informatiques inspirés du cerveau. Ces réseaux de neurones artificiels ont démontré des performances extraordinaires dans diverses tâches. Cependant, les technologies actuelles sont basées sur des logiciels ; leur vitesse de calcul, leur taille et leur consommation d’énergie restent limitées par les propriétés des ordinateurs électriques conventionnels.

La mécanique du calcul de réservoir

RC fonctionne via un réseau fixe généré aléatoirement appelé « réservoir ». Le réservoir permet la mémorisation des informations d’entrée passées et leur transformation non linéaire. Cette caractéristique unique permet l’intégration de systèmes physiques, tels que la dynamique de magnétisation, pour effectuer diverses tâches pour les données séquentielles, telles que la prévision de séries chronologiques et la reconnaissance vocale.

Certains ont proposé la spintronique comme moyen de réaliser des dispositifs hautes performances. Mais les appareils produits jusqu’à présent n’ont pas répondu aux attentes. En particulier, ils n’ont pas réussi à atteindre des performances élevées à l’échelle nanométrique avec une vitesse de GHz.

« Notre étude a proposé une RC physique qui exploitait les ondes de spin se propageant », explique Natsuhiko Yoshinaga, co-auteur de l’article et professeur agrégé à l’Institut avancé de recherche sur les matériaux (WPI-AIMR). « Le cadre théorique que nous avons développé utilisait des fonctions de réponse qui lient les signaux d’entrée à la dynamique de propagation des spins. Ce modèle théorique a élucidé le mécanisme derrière les hautes performances de la RC à ondes de spin, mettant en évidence la relation d’échelle entre la vitesse des vagues et la taille du système pour optimiser l’efficacité des nœuds virtuels.

Surtout, Yoshinaga et ses collègues ont contribué à clarifier le mécanisme du calcul de réservoir haute performance. Ce faisant, ils ont exploité divers sous-domaines, à savoir la physique de la matière condensée et la modélisation mathématique.

« En utilisant les propriétés uniques de la technologie spintronique, nous avons potentiellement ouvert la voie à une nouvelle ère d’informatique intelligente, nous rapprochant ainsi de la réalisation d’un dispositif physique pouvant être utilisé dans les prévisions météorologiques et la reconnaissance vocale », ajoute Yoshinaga.