Le GDR BioComp, un réseau thématique sur le calcul bio-inspiré

Le calcul bio-inspiré, une communauté scientifique interdisciplinaire

Le domaine du calcul bio-inspiré connaît une évolution rapide, portée par des avancées interdisciplinaires majeures, notamment dans le développement de nouveaux matériaux et dispositifs neuromorphiques, c’est à dire qui imitent le fonctionnement du cerveau. L’un des principaux défis du calcul bio-inspiré réside dans l’innovation à l’interface entre physique, science des matériaux, neurosciences computationnelles et ingénierie des systèmes électroniques. C’est pourquoi CNRS Physique lance le réseau thématique BioComp avec le soutien de CNRS Ingénierie et CNRS Sciences informatiques. La convergence de ces disciplines permet d’explorer de nouveaux dispositifs hybrides combinant calcul et mémoire, dépassant ainsi les limites des architectures de calcul conventionnelles. Cette approche est essentielle pour développer des systèmes computationnels inspirés du vivant, exploitant des composants spécialisés pour une efficacité énergétique et une robustesse accrue.

Le GDR BioComp vise à structurer cette communauté émergente en facilitant l’échange entre experts en neuro-inspiration et concepteurs d’architectures matérielles dédiées. Plus de 270 scientifiques au sein de 49 laboratoires différents sont impliqués dans ce GDR. L’objectif est de développer des composants permettant une interaction plus efficace entre matériel et modèle biologique. Ce réseau thématique cherche à comprendre les mécanismes en jeu dans les systèmes biologiques afin de créer des puces basées sur le calcul naturel, mais aussi à construire des architectures hybridant le wetware1  et le matériel comme systèmes de test pour mieux comprendre la biologie.

Concevoir des systèmes matériels pour le calcul bio-inspiré

L’objectif est d'explorer les approches les plus prometteuses pour une mise en œuvre efficace du calcul naturel et de concevoir ces systèmes bio-inspirés sur différents substrats technologiques. L’intégration des technologies émergentes suivantes joue un rôle clé dans cette transition des architectures de calcul classiques vers des architectures neuromorphiques :

• Memristors (RRAM, OxRAM, PCM) : ces dispositifs stockent et mettent à jour dynamiquement des poids synaptiques, permettant un calcul directement en mémoire pour minimiser les échanges de données ;
• Spintronique et dispositifs ferroélectriques : ces matériaux permettent la création de circuits neuromorphiques capables d’apprentissage en continu, avec une consommation énergétique ultra-réduite ;
• Nano-oscillateurs et réseaux neuronaux optiques : ces dispositifs analogiques exploitent des propriétés physiques spécifiques pour traiter l’information avec des délais réduits et une grande efficacité énergétique ;
• Matériaux émergents en 2D (graphène, dichalcogénures de métaux de transition) : ces matériaux facilitent la miniaturisation et l’intégration de dispositifs électroniques haute performance pour des architectures de calcul bio-inspiré compactes

L’avenir du GDR BioComp repose sur ces thématiques émergentes et défis technologiques clés, définissant de nouvelles directions de recherche en microélectronique et en nanotechnologies pour l’intelligence artificielle embarquée.

Intelligence artificielle inspirée du cerveau

Le rapprochement entre neurosciences computationnelles et microélectronique ouvre de nouvelles perspectives pour l’intelligence artificielle inspirée du cerveau. En intégrant des réseaux neuronaux impulsionnels (SNN) directement sur du matériel, il devient possible de concevoir des systèmes capables de traitement sensoriel avancé, de plasticité synaptique et d’apprentissage non supervisé. 

En reproduisant le fonctionnement des réseaux neuronaux biologiques, ces systèmes permettent un traitement massivement parallèle et économe en énergie, ouvrant la voie à des applications dans l’Edge AI, la robotique intelligente et les systèmes embarqués. Le calcul neuromorphique émerge donc comme une solution innovante face aux limites des architectures de calcul conventionnelles.

Site web du GDR BioComp

• 1Terme tiré des idées informatiques de matériel (hardware) ou de logiciel (software), mais appliqué à des composants de formes de vie biologique