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Forum TERATEC 2016
Atelier 4 - Mercredi 29 juin de 9h00 à 12h30
Architectures de calcul spécialisées : auxiliaires ou challengers ?
Nouveau paradigme de calcul bio-inspiré : démonstrateur photonique, du concept de Reservoir Computing
Résumé : Le concept de calculateur à réseau de neurones artificiel (ANN) est apparu approximativement à l'époque où les machines de Turing von Neumann ont commencé à être implémentées physiquement. Depuis, malgré des progrès très importants et un enthousiasme académique aux nombreux rebondissements, ce sont essentiellement les machines de Turing von Neumann elles-mêmes qui ont servi à montrer la pertinence et le potentiel du calcul neuromorphique, via des simulations numériques de leurs modèles. Au début des années 2000 cependant, une approche dérivée du concept d'ANN connue sous le nom d'Echo State Network, Liquid State Machine, ou encore Reservoir Computing (RC), a été proposée pour simplifier un des points bloquants des ANN, la complexité de la phase d'apprentissage. Au delà de résultats en puissance et précision de traitement comparable voire parfois supérieurs à ceux des approches traditionnelles d'ANN, le RC a permis récemment de proposer aussi des implémentations matérielles dédiées, notamment en optoélectronique, avec des vitesses de traitement pouvant bénéficier de la bande passante typique des télécommunications à fibre optique.
Après une introduction du concept de Reservoir Computing, nous développerons avec un point de vue des systèmes dynamiques un artifice conceptuel qui a permis d'émuler un réseau de neurones par l'intermédiaire d'un oscillateur non linéaire à retard. C'est précisément cet artifice qui a permis la mise au point du premier calculateur photonique à RC, avec lequel des tests de reconnaissance vocale et de prédiction de séries temporelles chaotiques ont confirmé la capacité de calcul qui peut être déployée par des méthodes de RC à retard. Des applications en cours de développement sur des problèmes du monde réel seront enfin présentées en guise de conclusion, du diagnostique / pronostic de générateur d'énergie électrique par pile à combustible, au contrôle de systèmes rapides de grande dimension comme celui de la mise en forme complexe de faisceau laser femtoseconde pour l'usinage dédié aux micro-nano-technologies
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Bio : Laurent LARGER a obtenu un doctorat d'Optique & Photonique de l'université de Franche-Comté en 1997 ("Cryptographie par chaos en longueur d'onde"). Après une démonstration de laboratoire de communication optique cryptée par une porteuse chaotique, il explore essentiellement en optique les propriétés fondamentales du chaos dans les dynamiques non linéaires à retard, leurs possibilités de synchronisation, et aboutit en 2004 à la première démonstration sur un réseau commercial à fibre optique de cette nouvelle approche de sécurisation de données optiques sur la couche physique des réseaux fibrés (résultats publiés dans Nature). Il a également étudié les solutions périodiques des dynamiques à retard, en explorant sur le plan fondamental certaines de leurs propriétés de stabilité, et en développant expérimentalement leur potentiel en photonique pour la génération de micro-ondes à très grande pureté spectrale pour des applications radar. Plus récemment, il s'est intéressé aux transitoires non linéaires de ces dynamiques particulières dans une configuration intégro-différentielle, et à leur analogie avec des réseaux d'oscillateurs couplés. Ces travaux lui permettent d'aboutir en 2012 à la première démonstration expérimentale de l'implémentation optique du nouveau concept de calcul bio-inspiré connu sous le nom de "Reservoir Computing", ainsi qu'en 2013 à la découverte d'états chimères dans ces mêmes dynamiques à retard. D'abord Maître de Conférences à l'université de Franche-Comté, il prend la direction de GTL-CNRS Telecom à Metz, un laboratoire franco-américain entre le CNRS et GeorgiaTech Atlanta. Il devient ensuite professeur à l'université de Franche-Comté, et membre Junior de l'Institut universitaire de France. Depuis 2012 il est directeur adjoint de l'institut FEMTO-ST, un des plus grands laboratoires CNRS dans le domaine des Sciences pour l'Ingénieur (750 personnes). |
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