Résumé :
Une équipe de recherche de l'Université de Würzburg en Allemagne a développé un dispositif électronique à interface d'oxyde qui peut basculer entre trois modes : transistor, memristor et memcapacitor selon la méthode de connexion du circuit. La recherche, publiée dans Nature Communications, démontre la possibilité d'intégrer l'informatique, la mémoire et le traitement du signal dans la même plate-forme matérielle, fournissant ainsi de nouvelles solutions expérimentales pour le matériel informatique inspiré du cerveau.
L'appareil est composé d'oxyde d'aluminium de lanthane (LaAlO₃) et de titanate de strontium (SrTiO₃). Les deux matériaux sont individuellement des isolants, mais l’interface de contact peut former une couche extrêmement fine de gaz électronique quasi bidimensionnel, permettant aux électrons de se déplacer le long de l’interface. Les chercheurs ont contrôlé ce canal conducteur via des portes latérales pour créer une structure de nanofils ; le canal conducteur du dispositif expérimental mesurait environ 100 nanomètres de large et la distance entre le canal et la grille était d'environ 400 nanomètres.
Dans différentes conditions de câblage et de tension, le même appareil peut se comporter comme un transistor, un memristor ou un memcondensateur. Les transistors régulent le courant électrique ; les memristors conservent l'historique des signaux électriques grâce aux changements de résistance ; et les condensateurs mem permettent aux états de capacité de changer en réponse aux entrées précédentes. Un tel effet « mémoire » permet au circuit de répondre différemment à la séquence d'impulsions consécutives, et l'équipe de recherche a construit un circuit de calcul de réserve en conséquence.
Les chercheurs ont utilisé une image noir et blanc de 5 × 4 pixels pour démontrer la reconnaissance des nombres de 0 à 9, ont converti chaque ligne de l'image en entrée d'impulsion, puis ont utilisé la sortie de l'appareil pour former différentes caractéristiques d'état, et la couche de classification suivante a jugé le nombre. Le test a utilisé un ensemble de périphériques de réserve et a entraîné la couche de sortie ; il s'agit d'une démonstration matérielle d'une tâche spécifique et ne signifie pas qu'un seul composant possède des capacités générales d'intelligence artificielle. L'article présente également un circuit composé de transistors et de memristors capables d'effectuer une logique ET et OU et de stocker les résultats de l'opération à l'intérieur du circuit.
Dans des conditions de test spécifiques du circuit de reconnaissance numérique, l'équipe de recherche a mesuré que chaque impulsion d'entrée consomme environ 2,71 nanojoules ; utilisant un circuit de réserve de contrôle composé de transistors et de memristors, il consomme environ 16,57 nanojoules dans des conditions de travail similaires. Ce résultat reflète la configuration du circuit testée dans l'article et ne peut pas être directement assimilé à la consommation d'énergie d'un système d'IA complet ou d'un produit réel.
Les chercheurs pensent que de tels dispositifs reconfigurables pourraient à l'avenir contribuer à réduire le besoin de transmettre des données entre le processeur et la mémoire dans l'informatique traditionnelle. Ils peuvent également être utilisés dans des appareils portables pour traiter localement des signaux physiologiques tels que la fréquence cardiaque, la tension artérielle, la température corporelle ou la glycémie. Cependant, les résultats actuels sont encore des matériaux de laboratoire et des prototypes de circuits ; la fabrication à grande échelle, la stabilité, l'intégration avec les processus de puces existants, ainsi que la consommation d'énergie et les performances dans les applications réelles doivent encore être vérifiées.
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