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Meilenstein: IBM-Forscher entwickeln erstmals “denkende Computerchips”

Erstmals haben Forscher aus dem kalifornischen IBM Research Center in Almaden, Prototypen einer neuartigen Klasse von Computerchips vorgestellt, die in der Lage sind, die Fähigkeiten des menschlichen Gehirns hinsichtlich Wahrnehmung, Kognition und Reaktion in Grundzügen nachzuahmen. Der Ansatz, der auch gleichzeitig als Basis für die Forschungsarbeiten ist, heißt „Cognitive Computing” und könnte zukünftig die Herstellung von lernenden Computern ermöglichen, die zudem um ein Vielfaches effizienter und kleiner sind als heutige Systeme.

Karte mit Netzwerkverbindungen des Gehirns

Die neurosynaptischen Computerchips, die von den IBM-Forschern vorgestellt wurden, enthalten Silizium-Schaltkreise und Algorithmen, deren Aufbau der Neurobiologie entnommen sind und ähnliche Abläufe ermöglichen wie sie zwischen Neuronen und Synapsen im Gehirn auftreten. Es wurden bereits zwei erste Prototypen gefertigt, die sich derzeit 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.

Die Systeme, die auf dieser neuartigen Technologie basieren, bilden eine Abkehr von der seit über einem halben Jahrhundert geltenden, so genannten Von-Neumann-Architektur, nach der die meisten der heute verwendeten Computer aufgebaut sind. Zentrale Aussage der Architektur ist, dass ein Computer aus Rechen-, Steuer-, Eingabe- und Ausgabeeinheit sowie einem Arbeitsspeicher besteht und von definierten Programmen und Instruktionen abhängt, um Aufgaben durchzuführen, die Schritt für Schritt abgearbeitet werden. In der Architektur von kognitiven IT-Systemen verschmilzt die Grenze zwischen Hard- und Software und ermöglicht darauf aufbauenden Computern durch Erfahrung zu lernen, Korrelationen zu finden und Hypothesen zu bilden. Auf diese Weise ahmen sie die strukturelle und synaptische Plastizität des menschlichen Gehirns nach.

Kognitiver Computerchip

Bei der Entwicklung der Chips, die Teil der mehrjährigen Forschungsinitiative SyNAPSE sind, wurden unter anderem die Erkenntnisse und das Wissen aus der Nano- sowie der Neurowissenschaft und dem Supercomputing mit eingebracht. Für die zweite Phase des SyNAPSE-Projektes haben IBM und eine Reihe US-amerikanischer Universitäten zudem eine Unterstützung in Höhe von 21 Mio. Dollar von der amerikanischen DARPA erhalten, die eine Behörde des Verteidigungsministeriums der Vereinigten Staaten ist.

 

 

Ziel des SyNAPSE-Projektes ist es, ein Computersystem zu entwickeln, das nicht nur verschiedenartige sensorische Eingangsdaten gleichzeitig analysiert, sondern sich auch auf Basis seiner Interaktion mit der Umwelt dynamisch rekonfiguriert. Des Weiteren geht es darum ein System mit dem geringen Energieverbrauch und Volumen des menschlichen Gehirns zu entwickeln. Längerfristig wollen die IBM-Forscher ein System mit 10 Milliarden Neuronen und 100 Billionen Synapsen realisieren, das weniger als 1 Kilowatt Energie verbraucht und ein Volumen von weniger als zwei Litern aufweist.

„SyNAPSE sei 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.“

Quelle: Pressemitteilung

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