Thesis defence of Xavier Lesage (CDSI team): Asynchronous Circuits for the Processing of Data From Event-Based Image Sensors

Xavier LESAGE - CDSI team

Thesis director
Laurent FESQUET - Thesis director - Associate professor - TIMA Lab. - Grenoble INP
Philippe ECREMENT - Co-supervisor - Engineer - ORIOMA

Rapporteurs
Dominique DALLET - Rapporteur - Full professor - Institut Polytechnique de Bordeaux ENSEIRB-MATMECA
Haralampos STRATIGOPOULOS - Rapporteur - Research director - Sorbonne Université - LIP6

Composition of the jury
Laurent FESQUET - Thesis director - Associate professor - TIMA Lab. - Grenoble INP
Dominique DALLET - Rapporteur - Full professor - Institut Polytechnique de Bordeaux ENSEIRB-MATMECA
Haralampos STRATIGOPOULOS - Rapporteur - Research director - Sorbonne Université - LIP6
Stéphane MANCINI - Examinator - Associate professor - TIMA Lab. - Grenoble INP
François BERRY - Examinator - Full professor - Université de Clermont Auvergne
Philippe ECREMENT - Guest - Engineer - ORIOMA

Title: Asynchronous Circuits for the Processing of Data From Event-Based Image Sensors
Keywords: Asynchronous, neuromorphic, event-based
Abstract: In the context of self-powered embedded systems, conventional data measurement and their processing struggle to meet expectations with regard to performance and energy consumption. Indeed, sampling the entire scene at regular intervals results in numerous data redundancy, which in turn, introduces a considerable degree of inefficiency in the processing. Despite the efforts to reduce the power consumption of the processing, the architecture of these systems is limited by the use of synchronous digital circuits. Consequently, there is an imperative for novel approaches to enhance the performance of edge computing. Event-based sensors are a novel approach, which have the potential to significantly reduce power consumption through non-uniform sampling of the scene. The integration of this measurement necessitates dedicated processing solutions that are well-aligned with asynchronous hardware implementations. This approach make the most of the spatio-temporal nature of the data and the sparsity of clockless circuits. This thesis focuses on two research axes: the design of event-based processing and their implementation in asynchronous logic. The asynchronous paradigm constitutes an alternative to synchronous digital design, wherein the global clock is replaced by local control of data propagation. This transactional property is particularly well suited for event-based processing. The main contribution of this work is the design of a neuromorphic accelerator for spiking neural networks.

Titre : Circuits asynchrones pour le traitement des données issues d'imageurs évènementiels
Mots-clés : neuromorphique, événementiel, asynchrone
Résumé : Dans le contexte des objets embarqués auto-alimentés et notamment des imageurs, l'acquisition classique des données et leur traitement se révèlent inefficaces en termes d'énergie. En effet, échantillonner la totalité de la scène à intervalles réguliers introduit de nombreuses redondances dans les données, conduisant à une forte inefficience dans le traitement. Par ailleurs, malgré les efforts déployés pour réduire la consommation énergétique du traitement, l'architecture de ces systèmes se trouve contrainte par l'usage de circuits numériques synchrones. Il s'avère donc impératif de trouver de nouvelles approches visant à optimiser le traitement embarqué proches des capteurs. Les capteurs événementiels sont une approche novatrice qui permet de fortement réduire la consommation d'énergie grâce à un échantillonnage non-uniforme de la scène. L'intégration de cette technologie nécessite des solutions de traitement dédiées et s'aligne bien avec une implémentation matérielle asynchrone. Cette approche exploite de manière optimale la nature spatio-temporelle des données et la parcimonie des circuits sans horloge. La présente thèse se concentre sur deux axes de recherche : le développement de traitements événementiels et leur implémentation en logique asynchrone. En effet, le paradigme asynchrone constitue une alternative aux circuits numériques synchrones, dans lesquels l'horloge globale est remplacée par un contrôle local des données. Cette nature transactionnelle s'avère particulièrement adaptée au traitement événementiel. La contribution majeure de cette thèse réside dans la conception d'un accélérateur neuromorphique pour des réseaux de neurones impulsionnels.