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La jonction tunnel ferroélectrique, future synapse du processeur neuromorphique ?


​Dans les futurs processeurs neuromorphiques, les transistors à deux états laisseront place à des composants qui miment le fonctionnement des synapses du cerveau. Parmi les technologies pressenties : la jonction tunnel ferroélectrique, étudiée par le CEA-Leti dans le cadre du projet européen BeFerroSynaptic. 

Publié le 2 décembre 2019
  • ​Sur un circuit intégré CMOS, les unités de calcul sont éloignées des mémoires. Le transfert de données des unes aux autres est long et énergivore. C'est ce qu'on appelle le « goulot d'étranglement Von Neumann », du nom de l'inventeur de cette architecture dans les années 40. 

  • À l'inverse, les futurs processeurs neuromorphiques réuniront le calcul et la mémoire dans un même ensemble. Principal bénéfice : une consommation d'énergie divisée par 1000 !

  • Le projet européen BeFerroSynaptic, lancé début 2020, a pour ambition de présenter fin 2022 un premier démonstrateur. Il mobilise huit partenaires, dont le CEA-Leti. Ce dernier développe la jonction tunnel ferroélectrique, élément de base du processeur neuromorphique, l'équivalent de la synapse pour le cerveau humain. 
 L'oxyde d'hafnium, un matériau à apprivoiser

BeFerroSynapticCet élément pourra avoir une multitude d'états compris entre 0 et 1, permettant ainsi de stocker un « poids synaptique », explique Laurent Grenouillet, en charge du projet. C'est possible avec un nouveau dispositif, la jonction tunnel ferroélectrique, que nous allons évaluer. 

            ​           © CEA-Leti

 
  • Le matériau ferroélectrique retenu pour cette jonction est l'oxyde d'hafnium (HfO2), bien connu en CMOS. Mais son utilisation dans ce contexte inédit crée des difficultés, par exemple sa cristallisation dans une phase particulière, ou son dépôt en couche mince dont l'épaisseur doit être maîtrisée à 1 nanomètre près. Heureusement, le CEA-Leti manipule déjà le HfO2 ferroélectrique pour un autre projet européen en cours ; il a réalisé des capacités ferroélectriques à l'état de l'art. 
À noter : une autre technologie de « synapse », le transistor à effet de champ ferroélectrique, sera évaluée dans le cadre de BeFerroSynaptic par un autre partenaire du projet.


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