Réseaux de neurones impulsionnels basés sur les mémoires résistives pour l'analyse de données neuronales
Auteur / Autrice : | Thilo Werner |
Direction : | Blaise Yvert, Barbara De Salvo |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Nano-électronique et nano-technologies |
Date : | Soutenance le 10/07/2017 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes (ComUE) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....) - BrainTech Laboratory - U1205 Inserm [CHU Grenoble Alpes] |
Jury : | Président / Présidente : Thierry Baron |
Examinateurs / Examinatrices : Blaise Yvert, Barbara De Salvo, Jean-Michel Portal, Elisa Vianello | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Damien Querlioz, Abdelkader Souifi |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Le système nerveux central humain est un système de traitement de l'information stupéfiant en termes de capacités, de polyvalence, d’adaptabilité et de faible consommation d'énergie. Sa structure complexe se compose de milliards de neurones, interconnectés par plusieurs trillions de synapses, formant des grappes spécialisées. Récemment, l'imitation de ces paradigmes a suscité un intérêt croissant en raison de la nécessité d'approches informatiques avancées pour s'attaquer aux défis liés à la génération de quantités massives de données complexes dans l'ère de l’Internet des Objets (IoT). Ceci a mené à un nouveau domaine de recherche, connu sous le nom d’informatique cognitive ou d'ingénierie neuromorphique, qui repose sur les architectures dites non-von-Neumann (inspirées du cerveau) en opposition aux architectures von-Neumann (ordinateurs classiques). Dans cette thèse, nous examinons l'utilisation des technologies de mémoire résistive telles que les mémoires à accès aléatoires à base de lacunes d’oxygène (OxRAM) et les mémoires à pont conducteur (CBRAM) pour la conception de synapses artificielles, composants de base indispensables des réseaux neuromorphiques. De plus, nous développons un réseau de neurones impulsionnels artificiel (SNN), utilisant des synapses OxRAM, pour l'analyse de données impulsionnelles provenant du cerveau humain en vue du traitement de troubles neurologiques, en connectant la sortie du SNN à une interface cerveau-ordinateur (BCI). L'impact des problèmes de fiabilité, caractéristiques des OxRAMs, sur les performances du système est étudié en détail et les moyens possibles pour atténuer les pénalités liées aux incertitudes des dispositifs seuls sont démontrés. En plus de l’implémentation avec des OxRAMs et CBRAMs de la bien connue plasticité fonction du temps d’occurrence des impulsions (STDP), qui constitue une forme de plasticité à long terme (LTP), les dispositifs OxRAM ont également été utilisés pour imiter la plasticité à court terme (STP). Les fonctionnalités fondamentalement différentes de la LTP et STP sont mises en évidence.