Neuromorpher Computer geht online

17.03.2016 - Deutschland

Das neuartige und wegweisende Computersystem BrainScaleS, das sich an biologischen Systemen orientiert, geht am Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg an den Start. Das unter Federführung eines Forschungsteams von Prof. Dr. Karlheinz Meier entstandene BrainScaleS-System wurde im Rahmen des von der Europäischen Kommission geförderten Human Brain Project (HBP) aufgebaut.

Neuromorphe Computer übertragen Architekturen und Prinzipien der neuronalen Informationsverarbeitung im Gehirn auf Siliziumchips. „Das Heidelberger BrainScaleS-System verlässt dabei die von Alan Turing und John von Neumann in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts formulierten Paradigmen einer programmgesteuerten Maschine und deren Umsetzung durch räumlich getrennte Speicher und Rechenwerke. Es ist vielmehr ein direktes physikalisches Abbild des biologischen Vorbildes, dessen Zellen, Verbindungen und Kommunikation durch analoge und digitale Schaltungen unter Verwendung moderner Mikroelektronik realisiert werden“, erläutert Prof. Meier.

Das nun fertiggestellte System besteht aus 20 Siliziumwafern mit insgesamt vier Millionen Neuronen und einer Milliarde synaptischer Verbindungen. Lern- und Entwicklungsprozesse können dort mit einem tausendfachen Beschleunigungsfaktor nachgeahmt werden, so dass die Simulation eines Tages auf 100 Sekunden komprimiert wird. Neben der Grundlagenforschung im Bereich der Selbstorganisation neuronaler Netzwerke liegen potentielle Anwendungen auf dem derzeit schnell wachsenden Gebiet des kognitiven Computing und speziell einer energie- und zeiteffizienten Umsetzung des sogenannten Deep Learning, wie es von Unternehmen wie Google und Facebook auf konventionellen Computern zur Analyse großer Datenmengen entwickelt wird.

Parallel zum Start des Heidelberger BrainScaleS-Systems wird an der Universität Manchester (Großbritannien) ein komplementäres System von vergleichbarer Größe mit dem Namen SpiNNaker in Betrieb genommen. Unter der Leitung des Informatikers Prof. Dr. Steve Furber, der in den 1980er Jahren die ARM-Chiparchitektur mitentwickelt hat, wurde dort ein System aus 500.000 ARM-Kernen aufgebaut, das ebenfalls im Rahmen des Workshops am 22. März der potentiellen Nutzergemeinde vorgestellt wird. Zusammen bilden die Systeme in Heidelberg und Manchester die „Neuromorphic Computing Platform“ des Human Brain Project.

Die europäischen Entwicklungen basieren auf den Projekten FACETS und BrainScaleS, die von 2005 bis 2015 im Rahmen des Programms „Future Emerging Technologies“ (FET) von der Europäischen Kommission gefördert wurden, sowie auf dem britischen Projekt SpiNNaker. Mit beiden Maschinen, die jetzt online gehen, positioniert sich Europa mit eigenen Hardwareentwicklungen auf dem wachsenden Gebiet des alternativen Computing. Vergleichbare Entwicklungen in den USA werden derzeit vom IBM-Forschungslaboratorium in Almaden (Kalifornien) durchgeführt. Der dort entwickelte TrueNorth-Chip ist wiederum komplementär zu den beiden europäischen Systemen.

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