Institut de Recherche sur les Composants logiciels et matériels pour l’Information et la Communication Avancée - USR 3380 du CNRS


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Thèse de Hedayat Sara

Soutenue le 18-09-2018 10:30 , Amphithéâtre IRCICA

Conception et fabrication de neurones artificiels pour le traitement bioinspiré de l'information

L’industrie de la microélectronique fait face à de nombreux défis dont le principal est celui d’augmenter les performances des ordinateurs tout en réduisant leur consommation d’énergie. Actuellement, les technologies du traitement d'information ont atteint leurs limites et il devient donc urgent de proposer de nouveaux paradigmes de traitement de l’information. Par ailleurs, le cerveau humain est un organe fascinant et puissant capable de performances remarquables dans les domaines aussi variés que l'apprentissage, la prédiction, mais aussi la créativité. Avec ses 300 milliards de cellules, il est capable d’effectuer des tâches cognitives en consommant une vingtaine de watts. Dans ce contexte, nous avons travaillé sur un nouveau paradigme appelé "neuromorphic computing" ou le traitement bio-inspiré de l'information. Utilisant de récentes avancées scientifiques en neurosciences et en nanotechnologies, l'objectif de cette thèse est de concevoir et fabriquer un neurone artificiel a très faible consommation. D’abord, nous avons étudié le fonctionnement d'un neurone vivant, sa membrane neuronale, et avons exploré trois modèles de membranes connues sous les noms de Hodgkin Huxley, Wei et Morris Lecar. Reposant sur le modèle de Morris Lecar, nous avons ensuite conçu des neurones artificiels analogiques à impulsions présentant différentes constantes de temps. Ces neurones ont été fabriqués avec la technologie 65nm CMOS et leur caractérisation a démontré des performances dépassant l’état de l’art en matière de surface occupée, puissance dissipée et efficacité énergétique. Finalement, nous avons analysé et comparé le bruit généré dans ces neurones artificiels avec celui présent dans des neurones biologiques et nous avons démontré expérimentalement le phénomène connu sous le nom de résonance stochastique. Ces neurones artificiels peuvent être extrêmement utiles dans une large variété d’application allant du traitement de données aux applications médicales. Abstract: The microelectronics industry faces many challenges. The major one is to increase the performance of computers while reducing their energy consumption. Current computing technology has now reached its limits and it becomes thus urgent to propose new paradigms for information processing capable of reducing the energy consumption while improving the computing performances. Moreover, the human brain, is a fascinating and powerful organ with remarkable performances in areas as varied as learning, creativity, fault tolerance. Furthermore, with its total 300 billion cells, is able to perform complex cognitive tasks by consuming only around 20W. In this context, we investigated a new paradigm called neuromorphic or bio-inspired information processing. More precisely, the purpose of this thesis was to design and fabricate an ultra-low power artificial neuron using recent advances in neuroscience and nanotechnology.

Jury de these:

DirecteurAlain CappyProfesseur Université de Lille
Virginie HoëlProfesseure Université de Lille
RapporteursDamien QUERLIOZCNRS
Sylvain SAIIGHIUniversité de Borde"aux
ExaminateursNathalie ROLLANDProfesseure Université de Lille
Cécile DELACOURCNRS
Ian O'CONNOREC Lyon
Alexandre VALENTIANCEA


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