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Dresdner bauen künstliches Superhirn

Professor Christian Mayr, Leiter der Professur für Hochparallele VLSI-Systeme und Neuromikroelektronik an der TU Dresden, mit einer Platine, auf die Spinnaker2-Prototypenchips aufgelötet sind. Foto: Heiko Weckbrodt

Professor Christian Mayr, Leiter der Professur für Hochparallele VLSI-Systeme und Neuromikroelektronik an der TU Dresden, mit einer Platine, auf die Spinnaker2-Prototypenchips aufgelötet sind. Im Hintergrund sind die Konstruktionsvorbilder zu sehen: die Neuronen und Synapsen eines menschlichen Gehirns in einer Visualisierung. Foto: Heiko Weckbrodt

EU und Sachsen schießen 8 Millionen Euro für den ARM-basierten Neurocomputer zu

Dresden, 20. September 2019. Neuroelektroniker von der TU Dresden konstruieren bis Ende 2021 für acht Millionen Euro ein künstliches Superhirn nach dem Vorbild der Natur. 80 Prozent der Finanzierung für den „Spinnaker 2“ übernimmt die EU, das verbleibende Fünftel zahlt der Freistaat Sachsen. Die sächsische Wissenschaftsministerin Eva-Maria Stange (SPD) verband die heutige Förderzusage mit der Hoffnung, dass diese neue Neurocomputer-Technologie für neue Industrie-Arbeitsplätzen im Freistaat sorgt.

Rechner ist designt wie die Neuronennetze im menschlichen Hirn

Der „Spinnaker 2“ wird ähnlich wie ein Gehirn aufgebaut sein und soll auch als erster Computer weltweit imstande sein, die Arbeit eines menschlichen Hirns in Echtzeit zu simulieren, verspricht Projektleiter Prof. Christian Mayr. Damit bekomme „Dresden eine einzigartige Forschungs- und Entwicklungsplattform“, sagte der Lehrstuhl-Inhaber für „Hochparallele VLSI-Systeme und Neuromikroelektronik“. Die Technologie könnte zum Beispiel Robotern endlich echte „Künstliche Intelligenz“ (KI) verleihen, autonom fahrenden Autos helfen, ihre Umgebung wie ein Mensch intuitiv zu erkennen, aber auch ganz neue Hightech-Erfindungen möglich machen.

Eine Laborplatine der TU Dresden mit Prototypen der Spinnaker2-Neurochips. Foto: Heiko Weckbrodt

Eine Laborplatine der TU Dresden mit Prototypen der Spinnaker2-Neurochips. Foto: Heiko Weckbrodt

Neurocomputer wird als Cloud-Dienst auch außerhalb der Uni nutzbar sein

Der Professor will das Superhirn per Rechnerwolke („Cloud“) auch Unternehmen zugänglich machen, die damit Produkte rund um neuronale Netze und „Künstliche Intelligenz“ (KI) entwickeln wollen. Das Vergabe-Prinzip wird ähnlich sein wir bei den international heißbegehrten Quantencomputer von IBM sein: Der Nutzer in spe stellt seinen Antrag, beschreibt, was er mit der kostenbaren Rechenzeit anstellen will – und die Dresdner teilen dann Zeitscheiben am Spinnaker 2 zu.

Professor Christian Mayr, Leiter der Professur für Hochparallele VLSI-Systeme und Neuromikroelektronik an der TU Dresden, mit einer Mikroskop-Aufnahme von einem Spinnaker2-Prototypen. Foto: Heiko Weckbrodt

Professor Christian Mayr, Leiter der Professur für Hochparallele VLSI-Systeme und Neuromikroelektronik an der TU Dresden, mit einer Mikroskop-Aufnahme von einem Spinnaker2-Prototypen. Foto: Heiko Weckbrodt

Schon jetzt große internationale Nachfrage

„Wir haben schon jetzt viele Anfragen von Forschern und Firmen, die unsere SpinnCloud mitnutzen wollen – sowohl aus der regionalen Industrie wie auch aus Kanada, China und anderen Ländern“, verrät TU-Forschungsprorektor Prof. Gerhard Rödel. Einer der ersten Anwender wird ein kanadisches Team sein, das seinen humanoiden Roboter mit dem Dresdner Superhirn aufschlauen will.

Spinnaker2-Prototypen untermn Mikroskop. Foto: Heiko Weckbrodt

Spinnaker2-Prototypen untermn Mikroskop. Foto: Heiko Weckbrodt

Entwickelt in Manchester und Dresden, produziert in Sachsen

Denn konzeptionell unterscheidet sich der Spinnaker deutlich von klassischen Supercomputern: Er wird aus rund zehn Millionen Prozessorkernen bestehen, die ähnlich wie die Neuronen und Synapsen im menschlichen Gehirn vernetzt sind. Die Basisarchitektur dafür wurde von der britischen Firma „ARM“ entwickelt und steckt heute in den meisten Smartphones. Wissenschaftler der Uni Manchester und Neuroelektroniker aus Dresden haben diese ARM-Architektur dann im Zuge des europäischen „Human Brain Projects“ aber so weiterentwickelt, dass sie Nervennetzwerke simulieren kann. Außerdem designten sie spezielle KI-Beschleuniger. Hergestellt werden all die Chips in Sachsen: mit der speziellen Stromspartechnologie von Globalfoundries Dresden.

Vorstoß in die Exa-Klasse

Erste Prototypen hat Globalfoundries bereits produziert. Wenn alle Bauteile fertig entwickelt, gebaut und zusammengefügt sind, soll das System im Endausbau bis zu drei Billiarden Fließkomma-Rechenoperationen pro Sekunden schaffen (Peta-FLOPS.). Bei speziellen KI-Aufgaben könnte der Spinnaker 2 sogar in die Exa-Klasse jener Rechenwunder vorstoßen, die Trillionen von Rechenoperationen pro Sekunde bewältigen.

Intuitiver Rechner soll Weihnachtsmann-Geheimnis lüften können

Anders als klassische Supercomputer wird der Neurorechner aber eben auch lernfähig sein und viele Aufgaben, die ein Mensch intuitiv löst, schneller als normale Computer bewältigen. „Ein sechsjähriges Kind hat wenig Mühe, den falschen Weihnachtsmann als den Nachbarn von nebenan zu erkennen“, nennt Hirnforscherin Prof. Katrin Amunts vom Forschungszentrum Jülich ein Beispiel dafür. Für klassische Bilderkennungs-Computer sei diese Erkenntnis hingegen „eine harte Nuss“. Die neue Leistungsklasse, die das Dresdner Superhirn aufstoße, werde sich das womöglich ändern.

Wenn es um Prozessoren fürs autonome Fahren geht, beherrscht derzeit Nvida weitgehend den Markt - hier eine "Drive PX Pegasus"-Plattform für Roboter-Taxis. Produziert werden diese Chips weitgehend in Taiwan. Abb.: Nvdia

Wenn es um Prozessoren fürs autonome Fahren geht, beherrscht derzeit Nvidia weitgehend den Markt – hier eine “Drive PX Pegasus”-Plattform für Roboter-Taxis. Produziert werden diese Chips weitgehend in Taiwan. Abb.: Nvidia

Was nicht rechnet, wird abgeschaltet

Und das System wird dabei weit weniger energiehungrig sein als etwa die KI-Beschleunigerchips von Weltmarktführer Nvidia aus den USA. Möglich wird dies, weil der Spinnaker all jene Prozessorkerne beziehungsweise künstlichen Neuronen abschaltet, die er gerade nicht braucht – auch hier war das menschliche Gehirn das Vorbild für die Ingenieure.

Nvida überholen ohne einzuholen

„Eigentlich befindet sich Nvidia schon auf dem absteigenden Ast“, meint Mayr provokativ und erinnert augenzwinkernd an den vielzitierten Ausspruch von SED-Chef Walter Ulbricht, der Westen „überholen wollte ohne einzuholen“. Gerade im Zukunftsfeld des autonomen Fahrens verspreche die Dresdner Spinnaker-Technologie deutliche Vorteile beim Erkennungstempo und Stromverbrauch – was wiederum bei Elektroautos mit ihren begrenzten Batterien besonders wichtig sei. Eine erste praktische Anwendung ist bereits in Sicht: BMW und Infineon wollen in einem nun gestarteten Projekt die künstlichen Neuronen der TU nutzen, um die Datenfluten moderner Radarsysteme in Autos vorzusortieren. Auch bereitet Mayr derzeit eine Ausgründung aus dem Lehrstuhl vor, im erste Forschungsergebnisse in einem Gemeinschaftsunternehmen mit kanadischen Partnern kommerziell zu verwerten.

Eva-Maria Stange. Foto: Götz Schleser

Eva-Maria Stange. Foto: Götz Schleser

Ministerin: Bauen Sie Ihr Superhirn – aber vergessen Sie die Menschen nicht!

Indes dürfen auch ethische Aspekte bei dieser womöglich bahnbrechenden Neurocomputer-Technologie aus Dresden vergessen werden, mahnte derweil Ministerin Stange an: „Entwickeln Sie Ihr Superhirn“, sagte sie zu dem jungen Professor. „Aber nehmen Sie die Menschen auf diesem Weg mit – und sorgen Sie dafür, dass keiner Angst haben muss, dass die künstliche Intelligenz die Menschen überflügelt und verdrängt.“

Autor: Heiko Weckbrodt

Quellen. Vor-Ort-Recherche, Oiger-Archiv, Human Brain Project, Silicon Saxony, TUD, SMWK