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Neuromorphe Rechner

Memristoren auf dem Weg in die Anwendung

NEUROTEC-Projektkoordinator Prof. Rainer Waser vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen.
NEUROTEC-Projektkoordinator Prof. Rainer Waser vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen.
© Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau

Hardware und Algorithmen für Computer nach dem Vorbild des Gehirns zu entwickeln – das ist das Ziel des NEUROTEC-Projekts, das jetzt in die zweite Förderphase geht.

Im Rahmen des Projektes arbeiten die Forscher an praxisorientierten Demonstratoren, die zeigen sollen, wieviel effizienter neuro-inspirierte KI sein wird. Der Projektverbund, der vom Forschungszentrum Jülich koordiniert wird, hat dafür vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) eine Gesamtförderung von rund 36 Mio. Euro für die nächsten fünf Jahre erhalten. Auf das Forschungszentrum entfallen hiervon rund 21 Mio. Euro.

Die zweite Förderphase ist Teil des Strukturstärkungsgesetzes Kohleregionen, das der Deutsche Bundestag und der Bundesrat verabschiedet haben und des Sofortprogramms PLUS des Landes Nordrhein-Westfalen, um den Strukturwandel nach dem Ausstieg aus der Kohle zu unterstützen.

»Mit der Fortführung des Projekts wollen wir einen wichtigen Beitrag dazu leisten, dass sich die Region um Jülich und Aachen zu einem weltweit sichtbaren Zentrum für neuro-inspirierte Informationstechnologien entwickelt. Wir freuen uns, mit einem interdisziplinären Ansatz die Grundlage für Sprunginnovationen zu legen, um Chancen für Unternehmen mit hoher Wertschöpfung und zukunftsfähige Arbeitsplätze im Rheinischen Revier entstehen zu lassen«, erklärt Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt, Vorstandsvorsitzender des Forschungszentrums Jülich.

Das interdisziplinäre NEUROTEC-Projekt führt die Kompetenzen des Forschungszentrums Jülich und der RWTH Aachen zusammen, die gemeinsam mit Hochtechnologieunternehmen neue Materialien und elektronische Bauelemente für neuroinspirierte Hardware entwickeln. Zahlreiche regional ansässige Unternehmen wie AIXTRON, AMO, aixACCT Systems, SURFACE systems+technology sowie AMOtronics sind an dem Projekt beteiligt.

Die Funktionsweise des Gehirns dient dabei als Vorbild für innovative Computerarchitekturen, sogenannte neuromorphe Computer. Denn das menschliche Gehirn arbeitet äußerst effizient. Für bestimmte Aufgaben, etwa das Erkennen von Mustern, benötigt es teils tausendmal weniger Energie als konventionelle Digitalrechner. Insbesondere KI und das maschinelle Lernen könnten von neuromorphen Systemen profitieren. Denn diese sind ähnlich konstruiert wie die biologischen Netzwerke, die sie nachbilden. Weitere künftige Anwendungen liegen unter anderem überall dort, wo Daten in Echtzeit verarbeitet werden müssen, etwa für das autonome Fahren oder die Industrie 4.0.

Neuromorphes Computing auf Basis von Memristoren

Im Fokus von NEUROTEC stehen kleinste, für das neuromorphe Computing einsetzbare elektronische Komponenten, sogenannte memristive Bauteile, die an herkömmliche Mikroelektronik anschlussfähig sind. Für die Herstellung kommen im Projekt Beschichtungsanlagen, Messtechnik und Software von Hochtechnologie-Zulieferern aus der Region zum Einsatz. Memristoren weisen ähnliche Eigenschaften auf wie die Synapsen im menschlichen Gehirn. Sie können Informationen über einen einstellbaren Widerstandswert speichern und zugleich verarbeiten. Was das grundlegende Materialverständnis dieser Schaltelemente angeht, gilt die Allianz des Forschungszentrums Jülich und der RWTH Aachen als weltweit führend.

»In der zweiten Phase des Projekts wird es in erster Linie darum gehen, Demonstratoren zu entwickeln, die die Technologie und Funktion der neuromorphen Hardware- und Softwarearchitekturen unter Beweis stellen sollen«, erklärt Prof. Rainer Waser vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen, der das NEUROTEC-Projekt koordiniert. »Dazu können wir auf die erweiterte Anlageninfrastruktur und Konzepte zurückgreifen, die in der ersten Projektphase seit 2019 erarbeitet wurden«, so Waser, der 2014 für seine Forschung den Leibniz-Preis erhielt.

Personelle Verstärkung erhält das Verbundprojekt in seiner zweiten Phase durch Prof. Dr. John Paul Strachan und Prof. Dr. Emre Ozgur Neftci. Die beiden Wissenschaftler sind im Juli von den Hewlett-Packard Labs und der University of California ans Forschungszentrum Jülich gewechselt und auf die Entwicklung von Hard- und Software für neuromorphe Systeme spezialisiert.

Projektsynergien mit Zukunftscluster für neuromorphe Hardware

Thematische Anknüpfungspunkte bietet der Zukunftscluster NeuroSys, der sich unter der Federführung der RWTH Aachen mit der Entwicklung neuromorpher Hardware für autonome Systeme der Künstlichen Intelligenz beschäftigt. Ziel ist es, die Region zu einem Innovationsökosystem bestehend aus Forschungseinrichtungen, Industrieansiedlungen und Neugründungen als weltweit führenden Standort für Forschung, Entwicklung und Nutzung europäischer KI-Hardware auszubauen. Die in NEUROTEC erzielten Ergebnisse fließen in NeuroSys ein, wo sie weiter in Richtung Anwendung getrieben werden. Der ebenfalls vom BMBF geförderte Cluster bündelt hierfür regionale Kompetenzen und Infrastrukturen von Partnern aus den Bereichen Wissenschaft, Industrie und Zivilgesellschaft.

»Mit dem Projekt NEUROTEC entwickeln wir Technologien für eine völlig neuartige Generation von Chips und Hardware«, sagt Bundesforschungsministerin Anja Karlizcec. Nach dem Vorbild des menschlichen Gehirns soll die Energieeffizienz für die Anwendung von Künstlicher Intelligenz deutlich gesteigert werden. Ich freue mich, dass die zweite Phase des Projektes nun startet und mit rund 36 Millionen Euro durch das Bundesforschungsministerium gefördert wird.«
 

 

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