Développement d'une intelligence artificielle révolutionnaire et économe en énergie avec une technologie ferroélectrique innovante

Synergies et compétences complémentaires entre les consortiums ViTFOX de l'UE et de la Corée. © ETH Zurich / Synergies et compétences complémentaires unissant les consortiums ViTFOX de l'UE et de la Corée. © ETH Zurich

Partenaire dans le consortium du projet ViTFOX. © ETH Zurich / Partenaires du consortium dans le projet ViTFOX. © ETH Zurich

Lorsque l'intelligence artificielle (IA) est de plus en plus utilisée dans des secteurs tels que la santé, la conduite autonome et les villes intelligentes, les architectures informatiques classiques rencontrent des limites importantes en termes de vitesse de traitement et d'efficacité énergétique. Le projet »ViTFOX« réunit huit partenaires d'Europe et de Corée pour développer une architecture révolutionnaire de transformeurs de vision basée sur l'oxyde ferroélectrique, permettant une réduction significative de la consommation d'énergie et de la latence. Contrairement aux architectures traditionnelles, qui reposent souvent sur des unités séparées de mémoire et de traitement, ViTFOX vise à intégrer le traitement des données directement dans la mémoire afin d'atteindre une efficacité énergétique améliorée de 50 TOPS/W. L'Union européenne soutient le projet avec 1,5 million d'euros.

Les architectures informatiques classiques sont limitées dans leur capacité à gérer les quantités massives de données générées dans le paysage numérique actuel, notamment en termes de vitesse de traitement et d'efficacité énergétique. Les systèmes neuromorphes, c'est-à-dire ceux qui imitent le fonctionnement du cerveau humain, utilisent du matériel spécialisé, comme des dispositifs ferroélectriques, pour effectuer des calculs plus efficacement et permettre ainsi un traitement en temps réel et une prise de décision. Cette approche augmente non seulement la performance des applications d'IA telles que la reconnaissance d'images et le traitement du langage naturel, mais réduit également la consommation d'énergie, ce qui en fait une solution durable pour les technologies futures.

Le projet ViTFOX est à la pointe pour faire progresser l'IA par le développement de systèmes de calcul neuromorphes à haute efficacité énergétique. La pièce maîtresse du projet est l'architecture de transformeurs de vision (ViT), qui doit effectuer des calculs complexes d'IA avec une consommation d'énergie moindre. Les transformeurs de vision sont une forme d'architecture de réseau neuronal qui traite plus efficacement les données visuelles que les méthodes traditionnelles. Le projet vise à développer un ViT utilisant des matériaux ferroélectriques pour atteindre une efficacité énergétique exceptionnelle de plus de 50 TOPS/W. Ce seuil est crucial pour les applications d'IA en périphérie (edge). « Nous voulons repousser les limites de la technologie actuelle en développant des plateformes de co-optimisation hardware-software, de nouveaux matériaux et de méthodes d'intégration. Cela peut non seulement améliorer la performance de l'IA, mais aussi garantir une consommation d'énergie durable », explique le Prof. Dr. Thomas Kämpfe, chef de projet au Fraunhofer IPMS, l'un des partenaires du consortium. « Nous souhaitons apporter une contribution importante à l'industrie des semi-conducteurs en abordant à la fois les défis techniques des nouvelles technologies de mémoire et le besoin sociétal de solutions informatiques efficaces », ajoute-t-il.

Collaboration entre l'Europe et la Corée pour améliorer considérablement l'état de l'art

Le consortium ViTFOX est composé de huit partenaires issus d'instituts de recherche, d'universités et de laboratoires de développement technologique en Europe et en Corée. Le projet vise à renforcer la position de l'UE et de la Corée dans le domaine de l'électronique ferroélectrique compatible silicium à base d'hafnium. Ce domaine a déjà accompli beaucoup de pionnier en Europe et suscite désormais un grand intérêt chez les chercheurs coréens. Le projet fera progresser la technologie au-delà de l'état actuel, tout au long de la chaîne de valeur, depuis les matériaux et composants jusqu'à l'intégration hétérogène et monolithique, ainsi que la conception et la simulation de circuits et systèmes ViT. Ce projet revêt une importance particulière car il bénéficie des avancées récentes dans les matériaux ferroélectriques, notamment l'oxyde d'hafnium-zirconium (HZO). Étant donné qu'il s'est avéré compatible avec les composants en silicium classiques, il constitue une approche prometteuse pour améliorer les éléments de mémoire et réduire la consommation électrique.

Trois des objectifs du projet portent sur le développement et la fabrication des composants principaux du ViT. Il est prévu de réaliser un démonstrateur de calcul en mémoire, un simulateur au niveau des circuits et une plateforme de co-optimisation hardware-software utilisant des oxydes ferroélectriques. La plateforme supportera deux types de nouvelles mémoires : le FeRAM 3D à haute densité développé en Corée et les connexions tunnel ferroélectriques épitaxiés développés en Europe. La collaboration étroite permettra aux partenaires de mettre en commun leur expertise en science des matériaux, technologie des semi-conducteurs et intelligence artificielle pour repousser les limites de ce domaine émergent. Plus d’informations sur cette collaboration sont disponibles sur le site officiel du projet www.vitfox.eu.

Fraunhofer IPMS dans le cadre du projet

Le Fraunhofer IPMS est un partenaire clé du projet ViTFOX, apportant son expertise approfondie dans les systèmes neuromorphes et la technologie des semi-conducteurs. Le Fraunhofer IPMS se concentre sur le développement de matériaux avancés et de dispositifs pour les applications informatiques neuromorphes, notamment en utilisant des matériaux ferroélectriques. Cela inclut la conception et le test de nouvelles jonctions tunnel ferroélectriques (FTJ) et l’intégration de ces composants dans des prototypes fonctionnels. Grâce à son laboratoire ultramoderne, le Fraunhofer IPMS facilite la mise à l’échelle et l’optimisation des technologies ferroélectriques, en veillant à ce qu’elles répondent aux exigences strictes des systèmes informatiques à faible consommation d’énergie.

Partenaires du projet :

– ETH Zurich
– Silicon Austria Labs
– Centre National de la Recherche Scientifique Demokritos
– Université Nationale de Séoul
– Université Hanyang (Corée)
– Université Kookmin
– Université Soongsil