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08.08.2014 - 

Zukunftsmusik

Neuer IBM-Chip simuliert Hirnfunktionen

Thomas Cloer war viele Jahre lang verantwortlich für die Nachrichten auf computerwoche.de.
Er sorgt außerdem ziemlich rund um die Uhr bei Twitter dafür, dass niemand Weltbewegendes verpasst, treibt sich auch sonst im Social Web herum (auch wieder bei Facebook) und bloggt auf teezeh.de. Apple-affin, bei Smartphones polymorph-pervers.
IBM hat einen Mikrochip entwickelt, der wie ein kleiner Teil eines menschlichen Gehirns funktioniert.

Den unter dem Codenamen "TrueNorth" entwickelten Chip hat Samsung Electronics für IBM mit der gleichen Fertigungstechnik produziert, mit dem auch Prozessoren für Smartphones und andere mobile Geräte hergestellt werden. Beim Design haben auch Forscher der Cornell University in New York City mitgearbeitet. Das SysNAPSE-Projekt hat seit dem Jahr 2008 Fördermittel von 53 Millionen Dollar von der DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) des US-Verteidigungsministeriums erhalten, schreibt das "Wall Street Journal". Das Pentagon finanziert in den USA eine Menge Grundlagenforschung - das bedeutet nicht gleich eine spätere militärische Nutzung.

IBM-Fellow Dharmendra Modha, Mastermind hinter 'TrueNorth' und dem SyNAPSE-Projekt
IBM-Fellow Dharmendra Modha, Mastermind hinter 'TrueNorth' und dem SyNAPSE-Projekt
Foto: IBM

Der "TrueNorth", den IBM in der aktuellen Ausgaben der Wissenschaftszeitschrift "Science" genauer beschreibt, hat jedenfalls 5,4 Milliarden Transistoren, das sind rund vier Mal so viele wie ein typischer PC-Prozessor. Damit hat IBM die Entsprechung von einer Millionen Neuronen und 256 Millionen Synapsen des menschlichen Gehirns realisiert. Diese sind organisiert in 4096 "neurosynaptischen Kernen", von denen jeder Daten speichern, verarbeiten und zu jedem anderen über eine Crossbar-Kommunikationsarchitektur übertragen kann. Das Design bezeichnet Dharmendra Modha vom Almaden Research Center der IBM (auf dessen Visitenkarten unter anderem "Chief Scientist for Brain-inspired Computing" steht) als "ereignisgetrieben" - die einzelnen Kerne sind nur in Betrieb, wenn sie auch tatsächlich gebraucht werden.

Dadurch reduziert sich der Stromverbrauch des neuartigen Chips auf gerade einmal 20 Milliwatt pro Quadratzentimeter, deutlich weniger als die bei herkömmlichen CPUs mit ihrer immer weiter miniaturisierten Architektur einer Von-Neumann-Maschine mittlerweile üblichen 50 mit 100 Watt. Und genau hierin könnte das Zukunftspotenzial radikal neuer Chip-Architekturen wie der von "TrueNorth" liegen. "Leistung(saufnahme) ist die entscheidende Beschränkung bei der Weiterentwicklung" von Hochleistungsrechnern, weiß Horst Simon, Deputy Director des Lawrence Berkeley National Laboratory, einem großen Supercomputer-Anwender. "Dieser Chip ist ein Hinweis darauf, dass wir an der Schwelle einer fundamentalen Veränderung der Architektur stehen."

IBM-Infografik zum SyNAPSE-Projekt
IBM-Infografik zum SyNAPSE-Projekt
Foto: IBM

IBM-Forscher Modha weist allerdings darauf hin, das "TrueNorth" kein Ersatz für traditionelle Computer sein soll. "Konventionell Rechner wird das nicht ersetzen", so Modha. "Das ist eine ergänzende Beziehung." Die besonderen Fähigkeiten des Hirnhalbleiters liegen in Bereichen wie Mustererkennung oder Klassifizierung von Objekten. An eine Kommerzialisierung glaubt "Big Blue" aber sehr wohl. Der Konzern spreche bereits mit potenziellen Partnern über Möglichkeiten der Vermarktung und habe auch schon mehrere "TrueNorths" miteinander verbunden, um mögliche System-Designs zu testen. "Wir haben große kommerzielle Ambitionen", sagt Modha.

IBM ist allerdings bei weitem nicht das einzige Unternehmen, dass in an "neuromorphen" Chips forscht - Marktbegleiter wie Intel und Qualcomm können ebenfalls schon eigene Designs vorweisen. Allesamt stehen die Unternehmen aber natürlich vor der Herausforderung, dass sie wenn dann irgendwann einmal funktionierende Geräte gebaut sind, Programmierer vom Erlernen der neuen Methoden überzeugen müssen, die man benötigt um sinnvolle Software dafür zu schreiben.

Zumindest in diesem Bereich könnte die IBM, die für ihren "TrueNorth" eine spezielle Programmiersprache samt flankierender Tools entwickelt hat, der Konkurrenz voraus sein. Die Technik sei "viel näher daran benutzbar zu sein als eine Menge anderer neuromorpher System, die andere entwickelt haben", sagt der Cornell-Professor Rajit Manohar.

Es gibt aber laut "WSJ" auch Experten, aus deren Sicht es noch zu früh ist zu entscheiden, wer in dem neuen Bereich das Rennen machen wird. Einer davon ist der einstige Mobile-Pionier Jeff Hawkins (klingelt da noch was? Palm? Handspring?), der mit seinem aktuellen Startup Numenta ebenfalls Hard- und Software entwickelt, die auf intensive Hirnforschung zurückgeht. Hawkins glaubt, das im Wesentlichen zweidimensionale Chips wie "TrueNorth" gestapelten Chips oder anderen Ansätzen weichen werden müssen, welche die vielen Verbindungen im Gehirn besser nachahmen könnten. Es werde noch viele Jahre dauern, die richtige neurale Architektur herauszufinden.

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