L'émulateur de cerveau le plus puissant du monde habite à Manchester

C'est une excellente nouvelle pour quiconque souhaite reproduire la puissance des neurones avec du silicium : au début du mois de novembre dernier, des chercheurs de l'université de Manchester ont allumé le supercalculateur neuromorphique le plus puissant du monde.

Utiliser des ordinateurs pour imiter le comportement du cerveau, une discipline connue sous le nom d'informatique neuromorphique, est un domaine de recherche en croissance rapide. Son but : développer des architectures système et des puces informatiques capables de traiter l'information de la même façon que notre encéphale. Cela permettrait de créer des modèles précis du cerveau à des fins médicales, mais aussi de concevoir des robots aptes à naviguer dans des environnements complexes grâce à la vision par ordinateur.

Pour l'informatique neuromorphique, le défi est d'abord matériel : fabriquer du hardware capable de gérer l'énorme capacité de traitement parallèle du cerveau n'est pas une mince affaire. L'université de Manchester a commencé a construire son superordinateur neuromorphique en 2006. Aujourd'hui, il compte un million de processeurs capables de traiter 200 000 milliards d’opérations par seconde.

Le secret de ce monstre est une puce informatique spéciale, l'ARM968. Grâce à leurs 18 processeurs bien tassés, quelques 55 000 d'entre elles synchronisent les efforts du million de processeurs de l'ordinateur. Une pirouette technique impressionnante, rendue possible par un nouveau type de design informatique appelé « architecture à réseaux neuronaux pulsés » — en anglais « Spiking Neural Network Architecture » ou « SpiNNaker », du nom de la grande voile creuse des voiliers.

Dans le cerveau humain, les neurones communiquent grâce à de brèves décharges d’énergie électrochimique, ou « spikes » en anglais. Les spikes individuels ne contiennent pas beaucoup d’informations. Mais quand des centaines de millions de spikes se produisent simultanément, un processus de traitement de l'information complexe devient possible. C'est lui qui vous permet de comprendre cette phrase, par exemple.

Le superordinateur SpiNNaker emprunte au cerveau humain dans la mesure où ses processeurs envoient des milliards de petits paquets d’information à des dizaines de milliers de destinations internes au système. Les ordinateurs classiques n'acheminent pas l’information de cette manière : en général, ils doivent indiquer le chemin des informations au système et donc utiliser des paquets beaucoup plus volumineux. Le superordinateur SpiNNaker est en mesure de réduire drastiquement la taille des paquets car il confie leur transmission à ses puces ARM968.

Plus simplement : c’est comme si des ordinateurs « normaux » envoyaient du courrier par voie postale — avec adresse d’expédition, de réception et timbre — et que le superordinateur SpiNNaker envoyait son courrier grâce à des postiers privés qui connaissent assez bien leur route pour ne pas avoir besoin d'adresse sur l'enveloppe.

« SpiNNaker repense entièrement la manière dont fonctionnent les ordinateurs conventionnels » affirme Steve Furber, un informaticien de l’université de Manchester, dans un communiqué. « Nous avons créé une machine qui fonctionne plus comme un cerveau qu’un ordinateur traditionnel, ce qui est tout à fait palpitant. »

À terme, Furber et ses pairs espèrent relier jusqu’à un milliard de neurones en temps réel grâce au superordinateur SpiNNaker. C'est un nombre considérable, bien au-delà de ce que n’importe quel autre ordinateur est actuellement en mesure de modéliser. Cependant, cela ne représente tout juste 1 % des 100 milliards de neurones du cerveau humain.

Les chercheurs ont beaucoup à apprendre du SpiNNaker. L'une de ses utilisations les plus prometteuse est la création de réseaux de neurones isolés. En fait, l'ordinateur a déjà été utilisé pour créer un modèle à 80 000 neurones du cortex, la couche extérieure du cerveau responsable du traitement sensoriel de l’information. Il a également été utilisé pour contrôler un robot capable de traiter de l’information visuelle en temps réel afin de naviguer sur un terrain difficile.

« Les neuroscientifiques peuvent désormais utiliser SpiNNaker pour essayer de dévoiler certains des secrets du fonctionnement du cerveau humain en mettant en place des simulations d'une échelle inédite », s'enthousiasme Furber.

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