Chipentwicklung 26.08.2011, 12:08 Uhr

Cognitive Computing: Chips ahmen das Gehirn nach

Forscher von IBM haben Prototypen einer neuen Klasse von Computerchips vorgestellt. Sie ahmen die Fähigkeiten des menschlichen Gehirns – Wahrnehmung, Erkennung und Reaktion – in Grundzügen nach. Damit ließen sich lernende Computer realisieren, die um ein Vielfaches effizienter und kleiner sind als heutige Systeme.

Praktisch alle in Computern eingesetzten Prozessoren basieren auf einer Grundarchitektur, die der Princeton-Professor John von Neumann 1947 schuf: Ein Computer besteht aus Rechen-, Steuer-, Eingabe- und Ausgabeeinheit sowie einem Arbeitsspeicher, in dem die zu verarbeitenden Daten und die Programmschritte abgelegt sind. Nach den definierten Programmen und weiteren Instruktionen werden die gestellten Aufgaben Schritt für Schritt durchgeführt.

Forscher des IBM Research Center in Almaden, Kalifornien, haben nun jüngst Prototypen einer neuen Klasse von Computerchips vorgestellt. Sie ahmen die Fähigkeiten des menschlichen Gehirns in Sachen Wahrnehmung, Erkennung und Reaktion in Grundzügen nach. Dieser Ansatz wird „Cognitive Computing“ genannt. Damit könnte man lernende Computer realisieren, die um ein Vielfaches effizienter und kleiner sind als heutige Systeme.

Die Neurobiologie dient als Vorbild für die Cognitive Computing-Chips

Die vorgestellten neurosynaptischen Computerchips enthalten übliche Silizium-Schaltkreise sowie Algorithmen, deren Aufbau aus der Neurobiologie stammt. Diese Algorithmen machen ähnliche Abläufe möglich, wie sie zwischen Neuronen und Synapsen im Gehirn auftreten.

Zwei erste Prototypen wurden gefertigt und befinden sich derzeit in der Testphase. Die Prozessorkerne enthalten 256 Neuronen. Einer der Testchips enthält 262 144 programmierbare Synapsen, der andere dagegen 65 536 lernende Synapsen. Die IBM-Forscher zeigten damit Anwendungen wie Navigation, maschinelles Sehen, Mustererkennung oder assoziative Speicherung.

Stellenangebote im Bereich Elektrotechnik, Elektronik

Elektrotechnik, Elektronik Jobs
RheinEnergie AG-Firmenlogo
Planungsingenieur / Projektleiter Elektrotechnik (m/w/d) RheinEnergie AG
Festo SE & Co. KG-Firmenlogo
Product Owner for Systems Simulation Engineering (m/w/d) Festo SE & Co. KG
Esslingen Zum Job 
Dürr Aktiengesellschaft-Firmenlogo
Inbetriebnehmer / Mechatroniker für Luft und Wärmetechnik (m/w/d) Dürr Aktiengesellschaft
Bietigheim-Bissingen Zum Job 
WITTENSTEIN SE-Firmenlogo
Produktmanager (w/m/d) Servogetriebe WITTENSTEIN SE
Igersheim-Harthausen Zum Job 
Schleifring GmbH-Firmenlogo
Testingenieur für die Produktqualifikation (m/w/d) Schleifring GmbH
Fürstenfeldbruck Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) C-ITS Entwicklung Die Autobahn GmbH des Bundes
Frankfurt am Main Zum Job 
DB AG-Firmenlogo
Ingenieur:in Elektrotechnik DB AG
verschiedene Standorte Zum Job 
Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur Datenmanagement / -prozesse (m/w/d) Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG
Abensberg Zum Job 
Recogizer-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) KI-gestützte CO2-Reduktion Recogizer
Pfisterer Kontaktsysteme GmbH-Firmenlogo
High Voltage Testing Specialist (w/m/d) Pfisterer Kontaktsysteme GmbH
Winterbach Zum Job 
über ifp | Executive Search. Management Diagnostik.-Firmenlogo
Produktionsleiter:in über ifp | Executive Search. Management Diagnostik.
Netzgesellschaft Potsdam GmbH-Firmenlogo
Betriebsingenieur (m/w/d) Elektrotechnik/Energietechnik für die Niederspannung bzw. Hochspannung Netzgesellschaft Potsdam GmbH
Potsdam Zum Job 
Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Elektroniker (m/w/d) im Bereich Fahrzeugelektronik Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG
Putzbrunn Zum Job 
Netzgesellschaft Potsdam GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Strategische Netzplanung (m/w/d) für Strom, Datennetze, Infokabel, 450 MHz Netzgesellschaft Potsdam GmbH
Potsdam Zum Job 
Deutsche Rentenversicherung Bund-Firmenlogo
Teamleiter*in Bauprojekte Elektrotechnik (m/w/div) Deutsche Rentenversicherung Bund
BG ETEM-Firmenlogo
Dipl.-Ing. (Uni/TU/TH), M. Sc./Eng. (m/w/d) im Bereich Fachkompetenzcenter Elektrische Gefährdungen BG ETEM
GIBY GmbH-Firmenlogo
Service Techniker (m/w/d) für Telekommunikationsnetze GIBY GmbH
Leipzig Zum Job 
Schleifring GmbH-Firmenlogo
Vertriebsingenieur (m/w/d) Schleifring GmbH
Fürstenfeldbruck Zum Job 
Landesbetrieb Bau und Immobilien Hessen (LBIH)-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Elektrotechnik Landesbetrieb Bau und Immobilien Hessen (LBIH)
Bad Nauheim, Gießen Zum Job 
NKT Group GmbH-Firmenlogo
Prüfingenieur mobile Prüfeinrichtung (m/w/d) NKT Group GmbH

Die Chips wurden im Rahmen der mehrjährigen Forschungsinitiative SyNAPSE (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics) entwickelt. Dabei konnten Erkenntnisse aus der Nano- und Neurowissenschaft eingebracht werden. Auch Elemente des Supercomputing wurden verwendet.

Cognitive Computing bei IBM durch die amerikanische Darpa unterstützt

IBM und eine Reihe US-amerikanischer Universitäten haben nun für die zweite Phase des Synapse-Projektes Unterstützung in Höhe von 21 Mio. $ von der amerikanischen Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa) erhalten.

Ziel von Synapse ist es, ein Computersystem zu entwickeln, das nicht nur verschiedene sensorische Eingangsdaten gleichzeitig analysiert, sondern sich auch auf Basis seiner Interaktion mit der Umwelt dynamisch rekonfiguriert. Weiter will man dabei ein System mit geringem Energieverbrauch und Volumen realisieren, ähnlich dem menschlichen Gehirn. Dabei stellen sich die IBM-Forscher ein System mit 10 Mrd. Neuronen und 100 Billionen Synapsen vor, das weniger als 1 kW an elektrischer Energie verbraucht und ein Volumen von weniger als 2 l hat.

Der Projektleiter bei IBM in Almaden, Dharmendra Modha, sieht künftige Anwendungen in der Informatik unter einem neuen Aspekt: Zunehmend wird nach Funktionalitäten verlangt, die mit der heutigen Architektur nicht mehr effizient umgesetzt werden können. Die nun vorliegenden Prototypen sieht er als (weiteren) wichtigen Schritt in der Computerentwicklung.

Cognitive Computing: Verkehrspolizei der Zukunft

Künftige Prozessoren sollen selbstständig Informationen erarbeiten, ganz ohne externe Programmierung. Als Beispiel nennt Modha intelligente Verkehrsleitsysteme, die selbst sehen, Abgase und andere Gerüche analysieren und Geräusche auswerten können – und dann selbstständig eine Entscheidung treffen, wo man eventuell Straßenabschnitte über Verkehrsampeln sofort sperren sollte, z. B. nach einem Unfall oder Brand. Ein anderes Beispiel wäre der Einbau solch „Cognitive Computing“ als Co-Prozessoren in Laptops, Tablet-PCs und Smartphones, die dann mit ihrer jeweiligen Umwelt kommunizieren könnten.

Für die Phase 2 des Synapse-Projekts hat man jetzt die besten Leute in den USA zusammengebunden. Sie kommen – neben IBM – von der Columbia University, der Cornell University, der University of California und der University of Wisconsin.

Für IBM sind solche Arbeiten eigentlich nicht grundsätzlich neu. Bereits 1956 hat man im Forschungslabor eine Hirnsimulation mit 512 Neuronen durchgeführt, damals eine Sensation.

Sehr viel später wurde der „Watson“-Computer gebaut, eine Maschine, mit der analytisches Computing möglich wurde und die die menschliche Sprache verstand, „echte Sprache“ wohlgemerkt, also nicht zugeschnitten auf das Verständnis einer Maschine.

Gebaut wurden die beiden neuen Chip-Prototypen übrigens in der IBM-Fabrik in East Fishkill, eine Autostunde nördlich von New York.

Ein Beitrag von:

  • Dillan O. Klipstein

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.