Slimme steden, 5G en autonoom rijden moeten de levenskwaliteit in de toekomst verbeteren. Maar deze technologieën vereisen ook een enorme toename van de rekenkracht van computers. Zo’n uitdaging kunnen de huidige microprocessoren niet aan. Een nieuwe computerchip staat op het punt daar verandering in te brengen. Ehm, maak daar maar 70.000 chips van. Dat is het aantal SpiNNaker2-chips die samen in Duitsland een internetcloud vormen, verspreid over 16 servers aan de Technische Universiteit van Dresden. Niet alleen het aantal is indrukwekkend, maar elke chip is ook ontworpen met de ultieme computer in gedachten: het menselijk brein.
Hersenen als benchmark
Hersenen zijn veel beter in het verwerken dan welke computerchip dan ook. Het brein is zowel sneller als efficiënter. Elk neuron is met 7000 synapsen verbonden met een ander neuron. De hersenen sparen ook energie door alleen noodzakelijke communicatie uit te zenden. Ze nemen beslissingen over welke informatie relevant is voor een probleem, zenden alleen die informatie uit en verbruiken daardoor minder energie. De SpiNNaker2-chip bevat in feite versnellers die neuronen en synapsen simuleren. In die zin is het een kunstmatig intelligentienetwerk in miniatuurformaat.
Christian Mayr, hoogleraar aan de leerstoel voor hoog-parallelle VLSI-systemen en neuro-micro-elektronica aan de Technische Universiteit van Dresden, heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van de SpiNNaker2-chip. Hij gebruikte de werking van de hersenen als leidraad bij de ontwikkeling ervan. Hij beschrijft zichzelf als “sterk door de biologie geïnspireerd”. Daarom is deze supercomputer, die kunstmatige intelligentie en neurologie samenbrengt, duidelijk superieur aan “klassieke artificiëIe intelligentie (AI)”.
De naam van de chip, SpiNNaker2, roept beelden op van een zeilboot die met een bollend voorzeil over de golven scheert. Een toepasselijke naam. De SpiNNaker2 is klaar om de rekenkracht van computers in de toekomst te versnellen. Het wordt ook wel een neuromorfische chip genoemd en een intelligente verwerkingseenheid. Een neurale verwerkingseenheid die is ontworpen om de verwerking van neurale netwerken te versnellen. Verwacht wordt dat dergelijke chips de efficiëntie van kunstmatige intelligentie (AI)-toepassingen sterk zullen verhogen.
Prof. Steve Furber (Universiteit van Manchester), die aan het project heeft bijgedragen, stelt het zo. “Er valt nog heel wat te leren van de biologie als we het volledige potentieel van AI in de toekomst willen realiseren. SpiNNaker2 is ontworpen om de kloof tussen realistische hersenmodellen en AI te overbruggen, zodat de een steeds meer door de ander kan worden geïnformeerd.”
Sneller en schaalbaar
De SpiNNaker2-chip heeft ook het voordeel dat hij schaalbaar is. Daarbij treedt er bij opschaling geen vertraging op, die gewoonlijk het gevolg daarvan is. SpiNNaker2 is ontworpen om op te schalen tot een cloudsysteem met 70.000 chips, terwijl de real-time werking behouden blijft. Dat maakt real-time AI met enorme gegevenssnelheden mogelijk.
De nieuwe chip kan een aanzienlijke impact hebben op AI-toepassingen zoals smart cities, 5G en autonoom rijden. Dit zijn uitdagingen die de mogelijkheden van de huidige hardware te boven gaan. Dergelijke toepassingen genereren namelijk grote hoeveelheden gegevens. Die moeten allemaal snel en efficiënt worden verwerkt. Dit zijn big data-taken die de SpiNNaker2-chip met zijn superrekenkracht aankan.
Een andere, minder bekende AI-toepassing die door deze nieuwe chip mogelijk zal worden gemaakt, is het tactiele internet. Zoals de naam al aangeeft, voegt dat een nieuwe dimensie toevoegen aan het internet doordat het systeem je dingen kan laten voelen. Het zal ook een revolutie teweegbrengen in de interactie van machines door de controle van het IoT (Internet of Things) in real time mogelijk te maken.
De SpiNNcloud op basis van de nieuwe chip, wordt aan de Technische Universiteit van Dresden ingezet voor onderzoeksdoeleinden. Parallel daaraan zal de start-up SpiNNcloud Systems GmbH, een hightech spin-off van dezelfde universiteit, SpiNNaker2 commercieel beschikbaar maken.
De SpiNNaker2-chip maakt deel uit van het door de EU gesponsorde Human Brain Project. Dit is een van de drie Future and Emerging Technology-vlaggenschipprojecten van de EU. Het ging in 2013 van start en is een van de grootste onderzoeksprojecten ter wereld. Meer dan 500 wetenschappers en ingenieurs van meer dan 140 universiteiten, academische ziekenhuizen en onderzoeksinstellingen in heel Europa komen samen om onderzoek te doen naar het menselijk brein.
Klaar voor productie
De ontwikkelaars van SpiNNaker2 hebben onlangs aangekondigd dat de chip nu klaar is voor productie. Het is gebaseerd op zijn voorganger SpiNNaker, ontwikkeld door dezelfde instellingen: Universiteit van Manchester, VK; Technische Universiteit Dresden, Duitsland; en Global Foundries en Racyics, beide in Dresden. De chip wordt geproduceerd bij Global Foundries in Dresden.
Het team van Christian Mayr aan de Technische Universiteit van Dresden werkt nu al aan de volgende generatie SpiNNaker-chips. “In de toekomst zou een van onze chips in elk robotgewricht geïnstalleerd kunnen worden, waardoor de omweg via een centrale computer in veel gevallen overbodig wordt. Dit zal de training van de eigen kinematica van de robot aanzienlijk verbeteren.”
Foto: Sprind.org
Ook interessant:
Even met elkaar knuffelen ondanks dat je mijlen ver weg bent
Polimi komt met optische chip die breedband data verstuurt
Bosch geeft ‘Silicon Saxony’ een boost met hightech chipfabriek
