L’Edge Computing reçoit un coup de pouce significatif grâce à un nouveau dispositif optique développé par des chercheurs de l’Université des sciences de Tokyo, capable de traiter le signal en temps réel sur différentes échelles de temps. Cet appareil, démontrant une grande précision de classification sur l’ensemble de données MNIST, représente un pas en avant en matière de calcul efficace et rentable à la périphérie, offrant une solution prometteuse pour les applications nécessitant un traitement et une analyse rapides des données.
Les chercheurs ont créé un dispositif informatique de pointe visant à surmonter les limites du cloud computing conventionnel, permettant un traitement des données plus rapide avec des dépenses de calcul réduites.
Chaque jour, de vastes volumes de données provenant des prévisions météorologiques, des mises à jour du trafic et des flux des réseaux sociaux sont traités en temps réel. Dans le domaine du cloud computing traditionnel, cette analyse a lieu sur des serveurs distants, ce qui entraîne des risques potentiels, notamment des violations de données, des retards de communication, des vitesses de traitement réduites et une consommation d’énergie accrue. Dans ce contexte, le « edge computing » apparaît comme une alternative viable et innovante.
Situé à proximité des utilisateurs, il vise à répartir les calculs, réduisant ainsi la charge et accélérant le traitement des données. Plus précisément, l’IA de pointe, qui implique le traitement de l’IA en périphérie, devrait trouver des applications, par exemple, dans les voitures autonomes et dans la prédiction des anomalies des machines dans les usines.
Cependant, pour une informatique de pointe efficace, une technologie efficace et rentable en termes de calcul est nécessaire. Une option prometteuse est le calcul de réservoir, une méthode de calcul conçue pour traiter les signaux enregistrés au fil du temps. Il peut transformer ces signaux en modèles complexes à l’aide de réservoirs qui y répondent de manière non linéaire. En particulier, les réservoirs physiques, qui utilisent la dynamique des systèmes physiques, sont à la fois rentables et efficaces en termes de calcul. Cependant, leur capacité à traiter les signaux en temps réel est limitée par le temps de relaxation naturel du système physique. Cela limite le traitement en temps réel et nécessite des ajustements pour obtenir les meilleures performances d’apprentissage.
Percée dans le traitement du signal en temps réel
Récemment, le professeur Kentaro Kinoshita, membre de la Faculté d’ingénierie avancée et du Département de physique appliquée de l’Université des sciences de Tokyo (TUS), et M. Yutaro Yamazaki de la Graduate School of Science et du même département de la TUS ont développé un système optique. doté de fonctionnalités prenant en charge le calcul du réservoir physique et permettant le traitement du signal en temps réel sur une large gamme d’échelles de temps au sein d’un seul appareil. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Science avancée.
Le dispositif se compose d’une jonction In2O3 dopé au Sn et SrTiO3 dopé au Nb (ITO/Nb : STO, GND : Ground) qui démontre la capacité de contrôler le temps de relaxation d’un courant photo-induit sous irradiation UV en appliquant une petite tension. Crédit : Kentaro Kinoshita de TUS, Japon
Parlant de leur motivation pour l’étude, le professeur Kinoshita explique : « Les appareils développés dans cette recherche permettront à un seul appareil de traiter en temps réel des signaux de séries chronologiques avec différentes échelles de temps générées dans notre environnement de vie. En particulier, nous espérons réaliser un dispositif d’IA à utiliser dans le domaine périphérique.
Dans leur étude, le duo a créé un dispositif spécial utilisant du Sn dopé In2Ô3 et SrTiO dopé au Nb3 (noté ITO/Nb:STO), qui répond aux signaux électriques et optiques. Ils ont testé les caractéristiques électriques de l’appareil pour confirmer qu’il fonctionne comme un memristor (un dispositif de mémoire capable de modifier sa résistance électrique). L’équipe a également exploré l’influence de la lumière ultraviolette sur ITO/Nb:STO en faisant varier la tension et en observant les changements de courant. Les résultats suggèrent que ce dispositif peut modifier le temps de relaxation du courant photo-induit en fonction de la tension, ce qui en fait un candidat potentiel pour un réservoir physique.
Tests et résultats
En outre, l’équipe a testé l’efficacité d’ITO/Nb:STO en tant que réservoir physique en l’utilisant pour classer les images de chiffres manuscrites dans l’ensemble de données MNIST (Modified National Institute of Standards and Technology). Pour leur plus grand plaisir, l’appareil a obtenu un classement précision allant jusqu’à 90,2 %. De plus, pour comprendre le rôle du réservoir physique, l’équipe a mené des expériences sans celui-ci, ce qui a abouti à une précision de classification relativement inférieure de 85,1 %. Ces résultats montrent que le dispositif de jonction ITO/Nb:STO améliore la précision de la classification tout en réduisant les coûts de calcul, prouvant ainsi sa valeur en tant que réservoir physique.
« Dans le passé, notre groupe de recherche s’est concentré sur la recherche et le développement de matériaux applicables au calcul des réservoirs physiques. En conséquence, nous avons fabriqué ces dispositifs dans le but de réaliser un réservoir physique dans lequel le temps de relaxation du courant photo-induit peut être arbitrairement contrôlé par la tension », explique le professeur Kinoshita.
En résumé, cette étude présente un nouveau dispositif memristor capable d’ajuster son échelle de temps de réponse via une variation de tension, présentant des capacités d’apprentissage améliorées, ce qui le rend prometteur pour les applications en périphérie en tant que dispositif d’IA pour l’informatique de pointe. Ceci, à son tour, pourrait ouvrir la voie à des appareils uniques capables de gérer efficacement les signaux de durées variées trouvés dans les environnements du monde réel.
L’étude a été financée par la Société japonaise pour la promotion de la science.
