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Le transistor toujours plus proche de la synapse humaine


Le CEA-Leti a développé un transistor inspiré de la synapse humaine et qui n'en a peut-être jamais été aussi proche : même principe de fonctionnement, même consommation ultra-faible, même degré de miniaturisation à terme… De quoi concevoir demain des circuits encore plus puissants pour des applications en intelligence artificielle. 

Publié le 6 mars 2023

​Le transistor présenté récemment par le CEA-Leti est analogique : au lieu d’avoir deux états, ouvert ou fermé, il en compte une cinquantaine. L’intérêt ? Reproduire le fonctionnement des synapses, qui dans notre cerveau connectent les neurones entre eux. Ces derniers se mettent en action quand leurs synapses ont totalisé un certain nombre d’impulsions électriques ; ce qu’un transistor à plusieurs dizaines d’états permet de faire.

Une consommation aussi faible qu’une synapse

Autre similitude, le transistor est ionique : pour fonctionner, il exploite la même réaction électrochimique qu’une synapse. En l’occurrence, son canal est constitué d’oxyde de titane ; des ions lithium y circulent et selon leur nombre, modulent la conductance électronique du canal.

Ce fonctionnement bio-inspiré permet de battre des records d’efficacité énergétique : le transistor consomme 1 femtoJoule/micron carré, le même chiffre que pour une synapse. C’est jusqu’à 100 fois moins que d’autres composants utilisés aujourd’hui pour les mêmes applications, comme les mémoires résistives.

Wafers 200 mm et compatibilité CMOS

Le nouveau transistor est ultra-fin –  200 nm d’épaisseur – et endurant (plus de 100 000 cycles). Intégré dans un circuit neuromorphique, il a obtenu d’excellents résultats lors d’un test normalisé de reconnaissance d’images, le MNIST. Le CEA-Leti a pensé dès le départ à sa fabrication en volume : il est réalisé sur des wafers 200 mm, avec des procédés compatibles CMOS. 

Tous ces éléments sont encourageants, mais nous n’en sommes qu’aux premiers stades de validation, nuance Sami Oukassi, du CEA-Leti. Il faut encore faire monter en maturité ce transistor, et évaluer de manière approfondie son endurance et sa fiabilité.»

Application visée : les réseaux de neurones profonds

Après ces étapes, le nouveau transistor pourrait être intégré dans des circuits neuromorphiques pour réseaux de neurones profonds en raison de sa très faible consommation. Ces circuits sont dédiés à la reconnaissance d’images ou de la voix. En phase d’apprentissage, ils sont utilisés de manière très intensive ; toute économie sur le budget énergie est alors bonne à prendre. Le CEA-Leti, confiant dans sa technologie, a déposé trois demandes de brevets. 

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