Semron, une nouvelle startup basée en Allemagne, développe ce qu’elle décrit comme des puces « à l’échelle 3D » pour exécuter localement des modèles d’intelligence artificielle sur des smartphones, des oreillettes, des casques VR et d’autres appareils mobiles.
Co-créées par Kai-Uwe Demasius et Aron Kirschen, ingénieurs diplômés de l’université de technologie de Dresde, les puces de Semron utilisent des champs électriques pour effectuer des calculs au lieu de courants électriques – le support des processeurs conventionnels. Cela permet aux puces d’atteindre une plus grande efficacité énergétique tout en maintenant les coûts de fabrication à un niveau bas, affirme M. Kirschen.
« En raison de la pénurie attendue de ressources de calcul pour l’IA, de nombreuses entreprises dont le modèle commercial repose sur l’accès à de telles capacités risquent leur existence – par exemple, les grandes startups qui forment leurs propres modèles », a déclaré Kirschen à TechCrunch lors d’une interview par e-mail. « Les caractéristiques uniques de notre technologie nous permettront d’atteindre le niveau de prix des puces actuelles pour les appareils électroniques grand public, même si nos puces sont capables d’exécuter une IA avancée, ce que d’autres ne font pas. »
Les puces de Semron – pour lesquelles Demasius et Kirschen ont déposé un premier brevet en 2016, quatre ans avant de fonder Semron – utilisent un composant quelque peu inhabituel connu sous le nom de « memcapacitor », ou condensateur avec mémoire, pour exécuter des calculs. La majorité des puces informatiques sont constituées de transistors qui, contrairement aux condensateurs, ne peuvent pas stocker d’énergie ; ils agissent simplement comme des interrupteurs « marche/arrêt », en laissant passer un courant électrique ou en l’interrompant.
Les memcondensateurs de Semron, fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs conventionnels, fonctionnent en exploitant un principe connu en chimie sous le nom de blindage de charge. Les mémocondensateurs contrôlent un champ électrique entre une électrode supérieure et une électrode inférieure par l’intermédiaire d’une « couche de blindage ». La couche de blindage est à son tour contrôlée par la mémoire de la puce, qui peut stocker les différents « poids » d’un modèle d’IA. (Les poids agissent essentiellement comme des boutons dans un modèle, manipulant et affinant ses performances au fur et à mesure qu’il s’entraîne et traite des données).
L’approche du champ électrique minimise le mouvement des électrons au niveau de la puce, réduisant ainsi la consommation d’énergie – et la chaleur. Semron vise à exploiter les propriétés de réduction de la chaleur du champ électrique pour placer jusqu’à des centaines de couches de memscapacités sur une seule puce, augmentant ainsi considérablement la capacité de calcul.
Schéma illustrant la conception de la puce d’IA en 3D de Semron.
« Nous utilisons cette propriété pour déployer plusieurs centaines de fois les ressources de calcul sur une surface de silicium fixe », a ajouté M. Kirschen. « Il s’agit en quelque sorte de centaines de puces dans un seul boîtier.
Dans une étude de 2021 publiée dans la revue Nature Electronics, des chercheurs de Semron et de l’Institut Max Planck de physique des microstructures ont réussi à former un modèle de vision par ordinateur avec une efficacité énergétique de plus de 3 500 TOPS/W, soit 35 à 300 fois plus que les techniques existantes. TOPS/W est une mesure un peu vague, mais l’idée est que les condensateurs mémoires peuvent conduire à des réductions spectaculaires de la consommation d’énergie lors de l’entraînement des modèles d’intelligence artificielle.
Semron n’en est encore qu’à ses débuts. Selon M. Kirschen, la société en est au stade du « pré-produit » et son chiffre d’affaires est « négligeable ». Souvent, la partie la plus difficile de la montée en puissance d’une start-up spécialisée dans les puces est la fabrication en série et l’obtention d’une base de clients significative, mais pas nécessairement dans cet ordre.
Pour Semron, la situation est d’autant plus difficile que la concurrence est rude avec des entreprises de puces personnalisées telles que Kneron, EnCharge et Tenstorrent, qui ont collectivement levé des dizaines de millions de dollars en capital-risque. EnCharge, comme Semron, conçoit des puces informatiques qui utilisent des condensateurs plutôt que des transistors, mais en utilisant une architecture de substrat différente.
Semron, en revanche, qui emploie 11 personnes et prévoit d’en embaucher 25 d’ici la fin de l’année, a réussi à attirer des fonds d’investisseurs tels que Join Capital, SquareOne, OTB Ventures et Onsight Ventures. À ce jour, la startup a levé 10 millions d’euros (~10,81 millions de dollars).
Georg Stockinger, partenaire de SquareOne, s’est exprimé par courrier électronique :
Les ressources informatiques deviendront le « pétrole » du 21e siècle. Avec la conquête du monde par les grands modèles de langage gourmands en infrastructure et la loi de Moore qui atteint les limites de la physique, un goulot d’étranglement massif dans les ressources informatiques façonnera les années à venir. Un accès insuffisant à l’infrastructure informatique ralentira considérablement la productivité et la compétitivité des entreprises et des États-nations. Semron sera un élément clé dans la résolution de ce problème en fournissant une nouvelle puce révolutionnaire qui est intrinsèquement spécialisée dans le calcul des modèles d’intelligence artificielle. Elle rompt avec le paradigme informatique traditionnel basé sur les transistors et réduit d’au moins 20 fois les coûts et la consommation d’énergie pour une tâche informatique donnée ».