CIRCUITS A APPRENTISSAGE A BASE DE NANO-MEMRISTORS ORGANIQUES – Moorea

Moorea est un ambitieux projet de trois ans visant d'une part la démonstration expérimentale d'un d'apprentissage sur un circuit neuromorphique composé de memristors organiques et d'autre part une étude du dimensionnement de cette approche permettant d'en prévoir les performances ultimes, particulièrement en termes de consommation. Moorea est basé sur la mise en œuvre la conception, la modélisation physique et la simulation de nano-dispositifs particulièrement innovants et sur des nouvelles architectures de circuits hybrides neuromorphiques.
La miniaturisation des composants microélectroniques qui sert de moteur à l'économie numérique est confrontée à plusieurs défis stratégiques. Dans ce contexte, des projets de recherche à long terme, doivent contribuer à la poursuite de la miniaturisation, favoriser la multiplication et la diversification des fonctions intégrées et prendre en compte la gestion de la consommation d'énergie. A condition que la variabilité technologique inhérente à l'échelle nanométrique puisse être maitrisée, les nano-dispositifs émergents constitueront des éléments clés dans cette évolution, notamment grâce à leur taille ultime et grâce à l'originalité de leur fonction. Les architectures neuromorphiques permettent de remplir cette condition par leur tolérance intrinsèque aux défauts et par la capacité d'auto-réparation apportée par l'apprentissage. Les nano-memristors, correspondant à des résistances programmables, sont parfaitement adaptés pour être intégrés dans des réseaux denses et utilisés comme synapses nanoscopiques dans de telles architectures. Mieux encore, au delà de la fonction synaptique, la diversité des fonctionnalités que permet l'utilisation de composants organiques donne accès à une utilisation totalement inédite des memristors pour la réalisation à très haute densité des neurones gérant l'apprentissage.
En outre, le caractère non volatil de leur état de résistance autorise la mise en sommeil des circuits ce qui supprime totalement la consommation statique en mode veille.
Au niveau des dispositifs, l'accent sera mis sur une nouvelle classe de memristors organiques fonctionnant par oxydoréduction d'un complexe greffé sur les électrodes inférieures d'un crossbar. Les électrodes supérieures seront fabriquées par transfert (micro contact printing).
Bien qu'il s'agisse d'un projet ambitieux, Moorea est conçu pour minimiser les risques. En effet, les fonctionnalités et la robustesse d'un premier type de matérieau memristif organique ont déjà été évaluées par le consortium, ainsi que sa compatibilité avec les procédés de transfert d’électrodes. En outre, des memristors inorganiques conventionnels seront également fabriqués pour servir de référence lors des comparaisons. Dans la partie la plus exploratoire du projet, les électrodes des nanomeristors organiques seront des nanotubes de carbone individuels. Ils permettront notamment d’évaluer l'impact de la scalabilité sur les performances statiques/dynamiques, la consommation et la vitesse.
Nous développerons les premiers modèles physiques compacts de memristors, adaptés à la conception de circuits adaptatifs et nous proposerons de nouvelles architectures pour les circuits à apprentissage. Le projet mènera à la conception et la réalisation d'un démonstrateur complet d'un circuit à base de nano-memristors présentant des capacités d'apprentissage.