Réseau photonique de neurones impulsionnels

Photonic spiking neuron network

• Auteur / Autrice : Keshia Mekemeza Ona
• Direction : Maxime Jacquot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Emmanuel Broquin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Charbonnier, Yanne K. Chembo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Emmanuel Broquin, Sylvain Barbay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux neuronaux graphiques

Intelligence artificielle

Mots clés libres

Intelligence artificielle

Réseaux de neurones impulsionnels

Laser impulsionnels

Photonique sur silisium

Apprentissage profond

Artificial intelligence

Spiking neural network

Spiking laser

Silicon photonics

Deep learning

Résumé

Les réseaux neuromorphiques pour le traitement d'informations ont pris une placeimportante aujourd'hui notamment du fait de la montée en complexité des tâches à effectuer : reconnaissance vocale, corrélation d'images dynamiques, prise de décision rapide multidimensionnelle, fusion de données, optimisation comportementale, etc... Il existe plusieurs types de tels réseaux et parmi ceux- ci les réseaux impulsionnels, c'est-à-dire, ceux dont le fonctionnement est calqué sur celui des neurones corticaux. Ce sont ceux qui devraient offrir le meilleur rendement énergétique donc le meilleur passage à l'échelle. Plusieurs démonstrations de neurones artificielles ont été menées avec des circuits électroniques et plus récemment photoniques. La densité d'intégration de la filière photonique sur silicium est un atout pour créer des circuits suffisamment complexes pour espérer réaliser des démonstrations complètes. Le but de la thèse est donc d'exploiter une architecture de réseau neuromorphique impulsionnel à base de lasers à bascule de gain (Q switch) intégrés sur silicium et d'un circuit d'interconnexion ultra-dense et reconfigurable apte à imiter les poids synaptiques. Une modélisation complète ducircuit est attendue avec, à la clé la démonstration pratique d'une application dans la résolution d'un problème mathématique à définir.

Today, neuromorphic networks play a crucial role in information processing,particularly as tasks become increasingly complex: voice recognition, dynamic image correlation, rapid multidimensional decision- making, data merging, behavioral optimization, etc... Neuromorphic networks come in several types; spiking networks are one of them. The latter's modus operandi is based on that of cortical neurons. As spiking networks are the most energy-efficient neuromorphic networks, they offer the greatest potential for scaling. Several demonstrations of artificial neurons have been conducted with electronic and more recently photonic circuits. The integration density of silicon photonics is an asset to create circuits that are complex enough to hopefully carry out a complete demonstration. Therefore, this thesis aims to exploit an architecture of a photonic spiking neural network based on Q-switched lasers integrated into silicon and an ultra-dense and reconfigurable interconnection circuit that can simulate synaptic weights. A complete modeling of the circuit is expected with a practical demonstration of an application in solving a mathematical problem to be defined.