Stage: Implémentation FPGA d'un p-bit constituant la base d'une machine probabiliste H/F
Stage Grenoble (Isère) Développement informatique
Description de l'offre
Détail de l'offre
Informations générales
Entité de rattachement
Le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) est un organisme public de recherche.Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le CEA intervient dans le cadre de ses quatre missions :
. la défense et la sécurité
. l'énergie nucléaire (fission et fusion)
. la recherche technologique pour l'industrie
. la recherche fondamentale (sciences de la matière et sciences de la vie).
Avec ses 16000 salariés -techniciens, ingénieurs, chercheurs, et personnel en soutien à la recherche- le CEA participe à de nombreux projets de collaboration aux côtés de ses partenaires académiques et industriels.
Référence
2020-14569Description de l'unité
Intégré au LIST, le Département des Systèmes et Circuits Intégrés Numériques (DSCIN), a pour mission de créer des technologies :
• De systèmes numériques de calcul intégrés ou embarqués
• De composants intégrés et systèmes d'objets intelligents et communicants sans fil
et de proposer une offre assurant le lien entre technologie et applications, basée sur les plateformes de Conception et Systèmes embarqués, en particulier sur les domaines de l'Internet des Objets, des véhicules autonomes, de l'intelligence artificielle et du calcul à haute performance (HPC).
Au sein de ce département, le Laboratoire Systèmes-sur-puce et Technologies Avancées (LSTA) a pour mission d'étudier, concevoir et implémenter des architectures multi-cœurs et des accélérateurs haute performance. Il exploite pour cela les dernières technologies avancées disponibles : CMOS jusqu'au nœud 7nm, intégration 2.5D/3D, mémoires non-volatiles. Les domaines applicatifs sont ceux du calcul haute performance (HPC – High Performance Computing), de l'intelligence artificielle (IA) et du quantique (contrôle numérique de circuits quantiques CMOS).
Description du poste
Domaine
Composants et équipements électroniques
Contrat
Stage
Intitulé de l'offre
Stage: Implémentation FPGA d'un p-bit constituant la base d'une machine probabiliste H/F
Sujet de stage
Titre : Implémentation FPGA d'un p-bit constituant la base d'une machine probabiliste dédiée à la résolution de problèmes d'optimisation combinatoire
L'objet de ce stage est de développer un modèle RTL d'un p-bit numérique et d'en faire la synthèse sur FPGA Xilinx. Ce développement se fera en SystemVerilog et des simulations seront réalisées avec l'outil Questa de Mentor. Une première phase du stage consistera en l'état de l'art de machines de Boltzmann à base de p-bits numériques. En fonction de l'avancée de l'étudiant.e, le stage pourra être étendu avec le développement d'un réseau de p-bits complet et le portage d'une petite application (par le codage des poids d'interaction) telle que la reconstitution d'une image à partir de son gradient par exemple. Ce stage présentant une composante recherche forte, il est attendu du stagiaire une aptitude élevée à la prise d'initiative et à la lecture et synthèse d'articles scientifiques.
Durée du contrat (en mois)
6
Description de l'offre
Sujet
L'objet de ce stage est de développer un modèle RTL d'un p-bit numérique et d'en faire la synthèse sur FPGA Xilinx. Ce développement se fera en SystemVerilog et des simulations seront réalisées avec l'outil Questa de Mentor. Une première phase du stage consistera en l'état de l'art de machines de Boltzmann à base de p-bits numériques. En fonction de l'avancée de l'étudiant.e, le stage pourra être étendu avec le développement d'un réseau de p-bits complet et le portage d'une petite application (par le codage des poids d'interaction) telle que la reconstitution d'une image à partir de son gradient par exemple. Ce stage présentant une composante recherche forte, il est attendu du stagiaire une aptitude élevée à la prise d'initiative et à la lecture et synthèse d'articles scientifiques.
Profil recherché
Profil du candidat
Étudiant de 5ème d'école d'ingénieur ou de master 2ème année spécialisé en informatique ou électronique recherchant un stage de fin d'études.
Compétences
- Modélisation RTL en SystemVerilog.
- Notions du prototypage FPGA.
- Capacité à travailler en équipe et à synthétiser une recherche bibliographique.
Contexte sur les p-bits
Les machines de Boltzmann sont des réseaux de neurones récurrents stochastiques, faisant partie des réseaux de neurones dits de Hopfield. Ils permettent d'encoder le modèle d'Isingen implémentant les spins, le couplage entre les spins et le couplage au champ magnétique. La minimisation de la quantité H (Hamiltoniend'Ising) par la sélection des spins est un problème assimilable à de l'optimisation binaire quadratique non-contraints (« QUBO »). Or, minimiser ou maximiser l'équivalentQUBOdu problème d'Ising permet d'exprimer un grand nombre deproblèmes d'optimisation combinatoiredifficiles à résoudre (NP-hard) sur une machine séquentielle (Machine de Turing, MT): coloration de graphes, voyageur de commerce, partitionnement maximal, etc… Les machines de Boltzmann permettent donc de résoudre ce type de problème de manière approchée par leur convergence vers un minimum d'énergie.
Une implémentation possible de machine de Boltzmann se base sur l'utilisation de «p-bits» (ppour probabiliste) : le neurone prend une valeur binaire en sortie de manière stochastique en fonction de la somme de ses entrées et d'une fonction d'activation sigmoïde. Ainsi, contrairement aux neurones des réseaux profonds classiques qui prennent pour valeur le résultat de la fonction d'activation, les p-bits prennent une valeur binaire avec une probabilité donnée par le résultat de la fonction d'activation. Au cours de l'évolution du réseau de neurones, la fonction d'activation est progressivement resserrée jusqu'à devenir une fonction de Heaviside, cette évolution jouant le rôle de température dans le recuit. Le réseau de neurones se fige alors progressivement dans un minimum local dont on espère qu'il soit proche du minimum global.
Moyens / Méthodes / Logiciels
SystemVerilog, Questasim (Mentor), Vivado (Xilinx)
Profil du candidat
Étudiant de 5ème d'école d'ingénieur ou de master 2ème année spécialisé en informatique ou électronique recherchant un stage de fin d'études.