Conception de circuit digitaux pour le calcul dans les mémoires non-volatiles résistives
Pour répondre à différents enjeux scientifiques et sociétaux, les circuits intégrés de demain doivent gagner en efficacité énergétique. Or, la majorité de leur énergie est aujourd’hui consommée par les transferts de données entre les blocs mémoire et logique dans des architectures circuit de type Von-Neumann. Une solution émergente et disruptive à ce problème consiste à rendre possible des calculs directement dans la mémoire (« In-Memory-Computing »). Les nouvelles technologies de mémoires résistives non-volatiles et de transistors à nanofils de silicium développées au LETI et intégrées en 3D permettraient de proposer pour la première fois une solution technologique performante et viable à un calcul intensif dans la mémoire.
Un projet transverse a commencé sur le sujet au Leti: de l’application à l’implémentation technologique, en passant par le logiciel et le circuit. Le but est de créer des nano-fonctionnalités en mixant à très faible échelle des dispositifs logiques et mémoires à très grande densité et très grosses capacités [ArXiv 2012.00061]. Un accélérateur circuit de In-Memory-Computing sera conçu et fabriqué au Leti, permettant d’améliorer les performances énergétique d’un facteur 20 par rapport à un circuit Von-Neumann de l’état de l’art.
Développement de la spectroscopie de masse à temps de vol tandem pour les applications en microélectronique.
Le CEA-LETI cherche à recruter un chercheur ou une chercheuse postdoctoral(e) pour développer des nouvelles applications de spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS) pour des applications en micro et nanotechnologies. Le ou la candidat(e) travaillera avec un nouvel instrument équipé avec un spectromètre de masse à temps de vol tandem, un FIN in-situ et un canon à cluster d’argon. Le projet de recherche sera articulé autour de trois axes ;
• Développent des méthodes corrélatives entre TOF-SIMS, AFM, XPS et Auger
• Amélioration de la sensibilité et efficacité des fragmentions dans la spectromètre tandem MS
• Développement des applications 3D FIB-TOF-SIMS amélioration de la résolution spatiale.
Le ou la candidat(e) aura accès à une gamme étendu d’instruments à l’état de l’art sur la plateforme de nanocaractérisation du CEA Grenoble, pourra bénéficier des échantillons fait à façon issus des différentes filières technologiques du LETI. Ce projet sera mené en étroite collaboration avec l’équipementier.
Développement de capteur optique in-situ et operando appliqué aux batteries Li-ion
Le développement des batteries Li-ion présente une forte croissance depuis une dizaine d’années. L’amélioration des performances, de la sécurité et de la durabilité, sont les axes principaux de recherche dans le domaine. Les mécanismes mis en jeux dans le fonctionnement et le vieillissement sont complexes et leur compréhension nécessite des mesures operando et in situ aux différentes échelles du nano au macroscopique. Le CEA s’est donné comme objectif, à travers un projet de recherche, de développer une sonde locale optique pour la mesure in situ et operando des paramètres physiques (température, déformations mécaniques) et chimiques (concentration locale en ion lithium) lors du fonctionnement d’une batterie Li-Ion. En intégrant une équipe pluridisciplinaire, le/la candidat(e) participera dans un premier temps au développement des sondes optiques et leurs intégrations sur des fibres optiques : à savoir la synthèse des sondes optiques et chimiques, leurs intégrations à la surface de fibres optiques et leurs caractérisations. Le/la candidat(e) participera également à la réalisation du montage optique et aux campagnes d’essais. Les capteurs développés seront intégrés à des cellules Li-ion et testés sous différentes conditions afin de tester l’efficacité du capteur développé et établir une première preuve de concept.
Optimisation d’un réseau de magnétomètres à pompage optique pour l’imagerie médicale
Notre laboratoire travaille sur des magnétomètres à pompage optique (OPM) basés sur des atomes métastables d’hélium-4. Notre principale réalisation au cours des dernières années a été la conception et la qualification spatiale des OPM les plus avancés disponibles pour l’exploration spatiale, lancés dans le cadre de la mission Swarm de l’ESA [1].
Avec cette même espèce, nous avons développé des OPM pour l’imagerie médicale du cerveau (MEG) et du cœur (MCG), qui présentent l’avantage de fonctionner à température ambiante. Le développement de ces techniques d’imagerie est une opportunité pour mieux comprendre et diagnostiquer des pathologies telles que l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer ou l’arythmie.
Il y a quelques années, nous avons effectué des mesures de validation de principe avec des versions primitives de nos capteurs [2,3]. Après avoir acquis une meilleure compréhension de la physique de nos capteurs [4], nous développons actuellement des réseaux d’OPM et collaborons avec plusieurs équipes cliniques afin de les tester.
Le candidat devra contribuer au développement de réseaux d’OPM. Il s’agit principalement de travaux expérimentaux visant à tester et à améliorer les prototypes actuels de réseaux OPM médicaux : diminuer le bruit intrinsèque du capteur et d’identifier le meilleur moyen de construire des architectures robustes et reproductibles de réseaux d’OPM de plusieurs dizaines ou centaines de capteurs.
Ce travail sera réalisé au sein d’une équipe multidisciplinaire, composée de chercheurs, d’ingénieurs expérimentés, ainsi que de doctorants et post-doctorants, spécialisés dans les domaines de l’optique, des lasers, du magnétisme et de l’électronique. Il s’appuiera également sur des collaborations avec des équipes de recherche médicale.
[1] http://smsc.cnes.fr/SWARM
[2] S. Morales et al., Phys. Med. Biol. (2017).
[3] E. Labyt et al., IEEE Transactions on Medical Imaging (2019)
[4] F. Beato et al. Physical Review A (2018)
Deploiement d’un réseau de magnétomètres à pompage optique dans des environnements cliniques
Notre laboratoire travaille sur des magnétomètres à pompage optique (OPM) basés sur des atomes métastables d’hélium-4. Notre principale réalisation au cours des dernières années a été la conception et la qualification spatiale des OPM les plus avancés disponibles pour l’exploration spatiale, lancés dans le cadre de la mission Swarm de l’ESA [1].
Avec cette même espèce, nous avons développé des OPM pour l’imagerie médicale du cerveau (MEG) et du cœur (MCG), qui présentent l’avantage de fonctionner à température ambiante. Le développement de ces techniques d’imagerie est une opportunité pour mieux comprendre et diagnostiquer des pathologies telles que l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer ou l’arythmie.
Nous avons effectué des mesures de validation de principe avec des versions primitives de nos capteurs [2,3]. Après avoir acquis une meilleure compréhension de leur physique [4], nous développons actuellement des réseaux d’OPM et collaborons avec plusieurs équipes cliniques.
Ce poste a pour objectif de contribuer au développement et au déploiement d’un réseau d’OPM dans les environnements cliniques, où ils vont être testés par plusieurs de nos équipes de recherche médicale partenaires en neurologie et en cardiologie. Le candidat doit pouvoir déployer et utiliser les capteurs dans ces environnements, résoudre les problèmes pratiques et apporter des informations sur les améliorations nécessaires. Il participera également à la mise en œuvre de certaines de ces améliorations et à leurs tests en laboratoire.
Ce travail sera réalisé au sein d’une équipe multidisciplinaire, composée de chercheurs spécialisés dans les domaines de l’optique, des lasers, du magnétisme et de l’électronique. Il s’appuiera également sur des collaborations avec des équipes de recherche médicale.
[1] http://smsc.cnes.fr/SWARM
[2] S. Morales et al., Phys. Med. B
[3] E. Labyt et al., IEEE Transactions on Medical Imaging (2019)
[4] F. Beato et al. Physical Review A (2018)
Application d’une approche IDM à la planification basée sur l’IA pour les systèmes robotiques et autonomes
La complexité de la robotique et des systèmes autonomes ne peut être gérée qu’avec des architectures logicielles bien conçues et des chaînes d’outils intégrées qui supportent l’ensemble du processus de développement. L’ingénierie dirigée par les modèles (IDM) est une approche qui permet aux développeurs de la robotique et des systèmes autonomes de passer d’un paradigme centré implémentation à un paradigme centré connaissances du domaine ce qui permet d’améliorer l’efficacité, la flexibilité et la séparation des préoccupations des différents acteurs du développement de ce type de système. L’un des principaux objectifs des approches IDM est d’être intégré aux infrastructures de développement disponibles de la communauté robotique et systèmes autonomes, telles que le middleware ROS, ROSPlan pour la planification des tâches robotiques, BehaviorTree.CPP pour leur exécution et suivi et Gazebo pour la simulation.
L’objectif de ce postdoc est d’étudier et de développer des architectures logicielles modulaires, composables et prédictibles ainsi que des outils de conception interopérables basés sur des approches basées sur des modèles, au lieu d’être centrées sur le code. Le travail sera réalisé dans le cadre de projets européens tels que RobMoSys (www.robmosys.eu), ainsi que dans d’autres initiatives pour les systèmes robotiques et autonomes sur la planification des tâches basée sur l’IA et leur exécution. Le principal objectif est de réduire les efforts des ingénieurs et de permettre ainsi le développement de systèmes robotiques autonomes plus avancés et plus complexes à un coût abordable. Pour ce faire, le post-doctorant contribuera à la mise en place et à la consolidation d’un écosystème, d’une chaîne d’outils et d’une communauté dynamique qui offriront un cadre unifié de conception, de planification et simulation, d’évaluation de la sécurité et un environnement formel de validation et de vérification.
Simulation et caractérisation électrique d’un cube logique / mémoire dédié au calcul dans la mémoire
Pour répondre à différents enjeux scientifiques et sociétaux, les circuits intégrés de demain doivent gagner en efficacité énergétique. Or, la majorité de leur énergie est aujourd’hui consommée par les transferts de données entre les blocs mémoire et logique dans des architectures circuit de type Von-Neumann. Une solution émergente et disruptive à ce problème consiste à rendre possible des calculs directement dans la mémoire (« In-Memory-Computing »). Les nouvelles technologies de mémoires résistives non-volatiles et de transistors à nanofils de silicium développées au LETI et intégrées en 3D permettraient de proposer pour la première fois une solution technologique performante et viable à un calcul intensif dans la mémoire.
Un projet transverse au leti a commencé sur le sujet: de l’application à l’implémentation technologique, en passant par le logiciel et le circuit. Le but est de créer des nano-fonctionnalités en mixant à très faible échelle des dispositifs logiques et mémoires à très grande densité et très grosses capacités. Un accélérateur circuit de In-Memory-Computing sera conçu et fabriqué au LETI, permettant d’améliorer les performances énergétique d’un facteur 20 par rapport à un circuit Von-Neumann de l’état de l’art.
Le poste de post-doctorant proposé s’inscrit dans ce projet et vise à simuler et caractériser un CUBE logique/mémoire dédié au "In-Memory-Computing". Le post-doctorant réalisera des caractérisations électriques de transistors et mémoires pour calibrer des modèles et fera des simulations TCAD et spice pour aider au dimensionnement de la technologie et permettre la conception des circuits.
Détection de cyber-attaques dans un capteur embarqué pour l’analyse de sols
Ce post-doc aura pour charge d’appliquer des techniques de « machine learning » pour la détection attaques sur un système de multiples capteur connectés. Le domaine applicatif concerne l’agriculture, pour lequel le CEA LETI réalise déjà plusieurs projets, dont le projet H2020 SARMENTI (Smart multi-sensor embedded and secure system for soil nutrient and gaseous emission monitoring). L’objectif de SARMENTI est de développer et valider un système multi-capteurs à basse consommation, sécurisé et connecté au « cloud, » qui permettra une analyse in situ et en temps–réel des nutriment et de la fertilité du sol afin de fournir une aide à la décision aux agriculteurs. Dans ce cadre, le post-doc aura la charge des analyses de cyber-sécurité, de déterminer les risques principaux sur ces capteurs connectés, mais également de la spécification du module de détection d’attaques. L’algorithme de détection sous-jacent sera basé sur la détection d’anomalie, par ex. « one class classifier. » Ce travail aura trois parties, l’implémentation des sondes qui analyseront des événements sélectionnés, l’infrastructure de communication entre les sondes et le détecteur, ainsi que le détecteur proprement dit.
Méthodes parcimonieuses appliquées à la tomographie électronique: caracterisation quantitative multi-dimensionnelle de nanomatériaux
La tomographie électronique (ET) est couramment utilisée pour l’analyse tridimensionnelle de la morphologie à l’echelle nanométrique. Très récemment, des progrès en instrumentation ont permis l’essor de la tomographie analytique, basée sur des modes de spectroscopie tels que la perte d’énergie des électrons (EELS : electron energy loss spectroscopy) ou l’analyse dispersive en énergie (EDX : energy dispersive X-ray spectroscopy). Cette technique cependant nécessite des temps d’acquisition assez longs, et des doses d’irradiation élevées. Ce projet consiste à explorer des approches parcimonieuses pour améliorer la résolution et réduire les temps d’acquisition. Plus précisément, nous envisageons d’aborder les deux tâches suivantes: 1. comparer les algorithms de reconstruction à base de minimization de la variation totale (TVM), ondelettes orthogonales ou non-décimales, curvelets en 3D ou ridgelets/shearlets, sur des nanomatériaux avec des structures/textures variées; 2. Comparer la PCA avec de nouvelles méthodes parcimonieuses de débruitage et de démélange spectral. Le code sera développé en Python, en utilisant les librairies Hyperspy (hyperspy.org) et PySAP (https://github.com/CEA-COSMIC/pysap).
Ce projet multidisciplinaire regroupe l’expertise du coordinateur en ET, de Philippe Ciuciu en IRM (DRF/Joliot/NEUROSPIN/Parietal), et de Jean-Luc Starck en traitement du signal et mathématiques appliquées (DRF/IRFU/DAP/CosmoStat).
Développement d’un algorithme de traitement d’images dédié à l’analyse d’acquisitions en microscopie défocalisée de culture cellulaires
Au CEA-Leti, nous avons validé une plateforme de vidéo-microscopie sans lentille vidéo en enregistrant des milliers d’heures de cultures cellulaires. Et nous avons développé différents algorithmes pour étudier les fonctions cellulaires majeures, à savoir l’adhésion, la motilité, la division cellulaire et la mort cellulaire.
Le sujet de recherche du post-doctorant portera sur l’analyse des jeux de données produits par vidéo-microscopie sans lentille. L’objectif sera d’étudier un algorithme temps-réel de suivi de trajectoires des cellules pour suivre chaque cellule et pour tracer différents événements de la cellule en fonction du temps. Les recherches porteront donc sur des algorithmes de segmentation et de suivi de trajectoires qui devront dépasser les performances des algorithmes de l’état de l’art du domaine.
En particulier, les algorithmes devront obtenir des performances supérieures en termes de mesures biologiques et d’utilisabilité. Cela nous permettra de surpasser la méthodologie de pointe qui est optimisée pour les performances intrinsèques des algorithmes de suivi cellulaire et de segmentation cellulaire, mais échoue à extraire les caractéristiques biologiques importantes (durée du cycle cellulaire, lignage cellulaire, etc.).
Dans ce but, les algorithmes étudiés devront tenir compte du contenu spatio-temporel dans sa globalité et des algorithmes de classification des cellules par apprentissage (single vector machine, deep learning, etc.). Ce sujet s’adresse à des personnes ayant réalisé un doctorat en traitement d’image. Des connaissances dans le domaine de la microscopie appliquée à la biologie seraient appréciées.