Texte remanié de: Th. Ph. D.--mathématiques--Council for national academic award, 1987. / Bibliogr. p. 183-221. Index.

On estime que le nombre d'objets connectés à l'Internet atteindra 50 à 100 milliards en 2020. La recherche s'organise en deux champs principaux pour répondre à ce défi : l'internet des objets et les grandes masses de données. La demande en puissance de calcul augmente plus vite que le développement de nouvelles architectures matérielles en particulier à cause du ralentissement de la loi de Moore. La raison principale en est le mur de la mémoire, autrement appelé le goulet d'étranglement de Von Neumann, qui vient des différences de vitesse croissantes entre le processeur et la mémoire. En conséquence, il y a besoin d'une nouvelle architecture matérielle rapide et économe en énergie pour répondre aux besoins énormes de puissance de calcul.Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles architectures pour les processeurs de prochaine génération utilisant des nanotechnologies émergentes telles que les memristors. Nous étudions des méthodes de calcul non conventionnelles aussi bien numériques qu'analogiques. Notre contribution principale concerne les réseaux de neurones à impulsion (RNI) ou architectures neuromorphiques. Dans la première partie de la thèse, nous passons en revue les memristors existants, étudions leur utilisation dans une architecture numérique à base de crossbars, puis introduisons les architectures neuromorphiques. La deuxième partie contient la contribution principale~: le développement d'un simulateur d'architectures neuromorphiques (N2S3), l'introduction d'un nouveau type de synapse pour améliorer l'apprentissage, une exploration des paramètres en vue d'améliorer les RNI, et enfin une étude de la faisabilité des réseaux profonds dans les RNI. / By 2020, there will be 50 to 100 billion devices connected to the Internet. Two domains of hot research to address these high demands of data processing are the Internet of Things (IoT) and Big Data. The demands of these new applications are increasing faster than the development of new hardware particularly because of the slowdown of Moore's law. The main reason of the ineffectiveness of the processing speed is the memory wall or Von Neumann bottleneck which is coming from speed differences between the processor and the memory. Therefore, a new fast and power-efficient hardware architecture is needed to respond to those huge demands of data processing. In this thesis, we introduce novel high performance architectures for next generation computing using emerging nanotechnologies such as memristors. We have studied unconventional computing methods both in the digital and the analog domains. However, the main focus and contribution is in Spiking Neural Network (SNN) or neuromorphic analog computing. In the first part of this dissertation, we review the memristive devices proposed in the literature and study their applicability in a hardware crossbar digital architecture. At the end of part~I, we review the Neuromorphic and SNN architecture. The second part of the thesis contains the main contribution which is the development of a Neural Network Scalable Spiking Simulator (N2S3) suitable for the hardware implementation of neuromorphic computation, the introduction of a novel synapse box which aims at better learning in SNN platforms, a parameter exploration to improve performance of memristor-based SNN, and finally a study of the application of deep learning in SNN.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mathématique appliquées : Grenoble, INPG : 1990. / Titre provenant de l'écran-titre.

Des progrès remarquables ont été réalisés ces dix dernières années dans le traitement des anévrismes endovasculaires. Les avancées technologiques permettent de traiter un nombre croissant de patients atteints d’anévrismes cérébraux par différentes procédures endovasculaires, en particulier par l’utilisation de coils détachables en platine. L’embolisation vasculaire à l’aide de coils reste néanmoins une procédure médicale complexe qui requiert une planification minutieuse est associée à des compétences techniques avancées pour être réussie. Dans ce contexte, un système de planification informatique qui permet aux radiologistes interventionnels de choisir différents coils et de tester leur comportement dans un environnement spécifique à un patient est particulièrement pertinent. Une telle approche nécessite, outre la modélisation du flux sanguin et la déformation du coil dans un anévrisme, la simulation en (quasi) temps-réel des interactions entre les coils et le flux complexes qui sont présents dans l’anévrisme. Pour parvenir à une simulation précise et rapide, nous introduisons la méthode du calcul extérieur discret (DEC) pour la simulation dynamique. La méthode DEC, initialement introduite en informatique graphique, avait pour objectif de produire des résultats visuellement convaincants mais non physiquement corrects. Nous avons réalisé une analyse détaillée des résultats et une comparaison à l’aide d’un code de calcul de référence a été menée pour comprendre la précision, la stabilité et la complexité algorithmique ainsi que les facteurs qui influencent ces aspects. Nous avons amélioré la stabilité numérique de la méthode DEC par l’utilisation de schémas de retour-arrière avancés et en optimisant la qualité des maillages utilisés dans le calcul. De plus, un compromis optimal entre la précision et le temps de calcul est choisi afin de simuler le flux sanguin de manière très rapide (quasiment temps-réel). En utilisant cette nouvelle approche, nous décrivons également un processus complet pour la simulation propre à chaque patient d’une opération d’embolisation: de la génération de maillages à l’aide d’images médicales jusqu’à au calcul de l’influence réciproque sang-coil. Nous proposons une nouvelle approche en deux phases pour la simulation temps-réel de ces interactions, premièrement en prenant en compte l’influence du flux sanguin sur les premières étapes du déploiement du coil, et deuxièmement en diminuant la vitesse du sang dans l’anévrisme résultant de la densité des coils. Cette approche permet une planification interactive de l’embolisation pour deux étapes clés de la procédure: choix et positionnement du coil suivi d’une estimation du nombre de coils à introduire pour réduire la vélocité du sang dans l’anévrisme. La procédure d’embolisation est simulée en temps-réel dans des anévrismes obtenus à partir de données patients et le status pré et post opératoire est enregistré. Nos résultats de simulations démontrent que l’influence réciproque est essentielle dans le contexte de planification d’embolisation. Enfin, nous proposons une approche préliminaire pour la simulation de l’interaction sang-réseau vasculaire lors de la formation d’un anévrisme. Les résultats de la simulation 2D en utilisant des données patients sont encourageants. / Over the last decade, remarkable progress has been made in the field of endovascular treatment of aneurysms. Technological advances continue to make it possible for a growing number of patients with cerebral aneurysms to be treated with a variety of endovascular strategies, essentially using detachable platinum coils. Yet, coil embolization remains a very complex medical procedure for which careful planning must be combined with advanced technical skills in order to be successful. In this context, a computer-assisted planning system, allowing interventional radiologists to interactively select different coils and test their behavior in a patient-specific environment, could make a difference. This requires to not only model the blood and coil behavior in a patient-specific aneurysm geometry, but also to simulate the interaction between coil(s) and the complex flow occurring within aneurysm in (near) real time. In order to achieve accurate and fast simulation, we introduce the Discrete Exterior Calculus (DEC) method to hemodynamic simulation for the first time. The DEC method, initially introduced in the field of computer graphics, was aimed at visually convincing results, but not physical accuracy. A detailed analysis of the results and comparison with a reference software are performed to understand the accuracy, stability and computational efficiency of the method, as well as the factors affecting these aspects. We improve the numerical stability of the DEC method by using more advanced backtracking schemes, and more importantly by optimizing quality of the mesh used in the computation. Additionally, an optimal trade-off between accuracy and computational time is obtained to simulate the blood flow in (near) real time. Based on this new method for blood flow simulation, we describe a complete process for patient-specific simulation of aneurysm coil embolization, from mesh generation with medical datasets to computation of blood-coil bilateral influence. We propose a new approach to real-time simulation of the twofold interactions, first involving the impact of blood flow on the coil during the initial stages of its deployment, and second concerning the decrease of blood velocity within aneurysm, as a consequence of coil packing. This allows dynamical planning coil embolization for two key steps in the procedure: choice and placement of the first coil, and assessment of the number of coils necessary to reduce the blood velocity within aneurysm. The coil embolization procedure is simulated within patient-specific aneurysms in real time, and pre- and post-operative status is reported. Our simulated results demonstrated that the bilateral influence is essential in the context of planning the coil embolization surgery. Besides, we propose a preliminary framework for the simulation of blood-vessel interaction during the process of aneurysm growth. The results of the two-dimensional simulation using actual patients data sets is encouraging.

Cette thèse essaie de reconstituer l’histoire de la réception du calcul leibnizien dans les milieux savants français (1690-1706). Nous repérons deux lieux : d’abord au sein d’un groupe autour de Malebranche, initié au calcul par Jean Bernoulli, puis à l’Académie des sciences. Dans les deux cas nous mettons en avant les horizons d’attente des acteurs. Alors que cet épisode a été beaucoup étudié en termes de rupture, nous insistons, par une analyse des sources primaires – dont plusieurs inédites – sur le fait que l’appropriation du calcul s’effectue aussi grandement sur le fond de pratiques en usage. Dans la première partie, nous examinons l’héritage mathématique à partir duquel est reçu le calcul de Leibniz par le groupe autour de Malebranche. Cette analyse nous permet de montrer que leur appropriation s’appuie sur des pratiques partagées et non sur un terrain vierge comme on l’a trop souvent supposé. Nos mathématiciens réalisent que l’algorithme différentiel permet de donner une étoffe nouvelle à des notions déjà impliquées dans les méthodes d’invention précédentes. Dans la seconde partie, nous étudions la genèse et la structuration du premier ouvrage de calcul différentiel écrit par l’Hospital et publié en 1696 sous le titre Analyse des infiniment petits pour l’intelligence des courbes. Après cette publication, le calcul devient très présent à l’Académie. Une crise y éclate entre partisans et adversaires du calcul. L’examen de leurs discours, objet de notre troisième partie, permet de préciser les notions telles que celle de différentielle ou de courbe, ainsi que la manière dont il est possible d’interpréter géométriquement les résultats issus des calculs. / This thesis is an attempt to reconstruct the reception history of Leibnizian calculus in French learned milieux (1690-1706). Two areas have been located: first among members of Malebranche’s circle, introduced to calculus by Jean Bernoulli, then the Académie des Sciences. In either case, the purpose is to highlight the horizon of expectation of the participants. Whereas this episode has been widely studied in terms of disruption, it is argued, through an analysis of primary sources –some of which un-edited– that calculus was greatly appropriated against a background of practices in use. The first chapter examines the mathematical heritage from which calculus was received by Malebranche’s circle. This analysis enables me to show that their appropriation rested on shared practices, and was not a virgin land, as has often been supposed. Our mathematicians realized that the differential algoritm fleshed out notions already involved in previous invention methods. The second chapter studies the genesis and construction of the first book of differential calculus written by L’Hospital and published in 1696, entitled Analyse des infiniment petits pour l’intelligence des courbes [Analysis of the infinitely small for the intelligence of curbs]. After this publication, calculus became very present at the Académie. A crisis arose between supporters and detractors of calculus. A close examination of their discourses –the object of my third chapter– helps clarify such notions as those of differential and curb, as well as the way it is possible to geometrically interpret the results from calculus.

Thèse de doctorat : Informatique : Lyon, École normale supérieure (sciences) : 2004. / Bibliogr. p. 139-146.

Reproduction de : Thèse de 3e cycle : mathématiques appliquées : Grenoble 1 : 1986. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : mathématiques appliquées : Grenoble, INPG : 1989. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 136.

Thèse de doctorat : Informatique : INPL : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : mathématiques appliquées : Grenoble, INPG : 1990. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 145-149.