Denkende Computerchips IBM: Cognitive Computing Chips ahmen Fähigkeiten des menschlichen Gehirns nach

Cognitive Computing Chips ahmen Fähigkeiten des menschlichen Gehirns nach.
Cognitive Computing Chips ahmen Fähigkeiten des menschlichen Gehirns nach.

Forscher aus dem kalifornischen IBM Research Center in Almaden haben erstmals Prototypen einer neuartigen Klasse von Computerchips vorgestellt, die die Fähigkeiten des menschlichen Gehirns hinsichtlich Wahrnehmung, Kognition und Reaktion in Grundzügen nachahmen. Der zugrunde liegende »Cognitive Computing«-Ansatz könnte zukünftig die Herstellung von lernenden Computern ermöglichen, die zudem um ein Vielfaches effizienter und kleiner sind als heutige Systeme.

Die von den Forschern vorgestellten neurosynaptischen Computerchips enthalten Silizium-Schaltkreise und Algorithmen, deren Aufbau der Neurobiologie entnommen sind und ähnliche Abläufe ermöglichen wie sie zwischen Neuronen und Synapsen im Gehirn auftreten. Somit sind in die Entwicklung der Chips Erkenntnisse und Wissen aus der Nano- sowie Neurowissenschaft und dem Supercomputing eingeflossen.

IBM hat bereits zwei erste Prototypen gefertigt, die sich gerade in der Testphase befinden. Beide Prozessorkerne wurden in 45-nm-SOI-CMOS hergestellt und enthalten 256 Neuronen. Ein Testchip enthält 262.144 programmierbare Synapsen, der andere 65.536 lernende Synapsen. Das IBM-Team konnte damit bereits einfache Anwendungen wie Navigation, maschinelles Sehen, Mustererkennung, sowie assoziative Speicherung und Klassifizierung demonstrieren.

256 Neuronen sind nichts im Vergleich zu einem menschlichen Gehirn, das um zig Größenordnungen darüber liegt, aber IBM steht ja auch erst am Anfang. Längerfristig möchten die IBM-Forscher nämlich ein System mit 10 Mrd. Neuronen und 100 Billionen Synapsen realisieren, das weniger als 1 Kilowatt Energie verbraucht und ein Volumen von weniger als 2 Litern aufweist.

Die Entwicklung der Chips ist Teil der mehrjährigen Forschungsinitiative SyNAPSE, dessen Ziel es ist, ein Computersystem zu entwickeln, das nicht nur verschiedenartige sensorische Eingangsdaten gleichzeitig analysiert, sondern sich auch auf Basis seiner Interaktion mit der Umwelt dynamisch rekonfiguriert. Zudem geht es darum, ein System mit dem geringen Energieverbrauch und Volumen des menschlichen Gehirns zu entwickeln. »SyNAPSE ist ein wichtiges Vorhaben, um den Weg für Computer jenseits der Von-Neumann-Architektur zu ebnen«, sagt Dr. Dharmendra Modha, Projektleiter bei IBM Research – Almaden. »Zukünftige Anwendungen der Informatik verlangen zunehmend nach Funktionalitäten, die mit der heutigen Architektur nicht mehr effizient genug umgesetzt werden können. Unsere Prototypen sind ein weiterer wichtiger Schritt in der Computerentwicklung. Sie läuten eine neue Generation von Computern und Anwendungen in Wirtschaft und Wissenschaft ein.«