Intel enthüllt neuromorphes Chip-Design

Das Gehirn ist die außergewöhnlichste aller Rechenmaschinen. Es führt routinemäßig Aufgaben aus, die die Schaltkreise der leistungsstärksten Supercomputer der Welt durcheinanderbringen würden: Gehen, Sprechen, Erkennen, Analysieren und so weiter.

Und wo Supercomputer genug Saft benötigen, um eine Kleinstadt mit Energie zu versorgen, erledigt das menschliche Gehirn seine ganze Arbeit mit wenig mehr als der Energie in einer Schüssel Haferbrei.

Kein Wunder also, dass Informatiker das Gehirn verstehen und seine Fähigkeiten kopieren möchten. Es gibt jedoch ein Problem. Das Gehirn besteht aus Neuronen und diese funktionieren ganz anders als die Schaltkreise auf Siliziumtransistorbasis, die unter der Haube herkömmlicher Chips liegen.



Natürlich können Informatiker das Verhalten von Neuronen und ihre Verknüpfung auf herkömmlichen Computern simulieren. Dies ist jedoch ein zutiefst verschwenderischer Prozess, der nicht in der Lage ist, die partallel Verarbeitungs- und Netzwerkeffekte auszunutzen, die das Gehirn eindeutig nutzt, und der dabei Energie frisst.

Das Rennen ist also eröffnet, um eine andere Art von Chip zu entwickeln, der die Funktionsweise des Gehirns genauer nachahmt. Sogenannte neuromorphe Chips müssen aus Geräten gebaut werden, die sich wie Neuronen verhalten, dh sie senden und reagieren auf Informationen, die in Spitzen statt in einer sich ständig ändernden Spannung gesendet werden.

(Ein Grund dafür, dass das Gehirn so energieeffizient ist, besteht darin, dass neuronale Spikes auf ihrer Reise nur einen kleinen Bruchteil eines Neurons aufladen. Im Gegensatz dazu halten herkömmliche Chips jede einzelne Übertragungsleitung die ganze Zeit auf einer bestimmten Spannung.)

Heute stellen Charles Augustine vom Circuit Research Laboratory von Intel in Hillsboro, Oregon, und einige Freunde ihr Design für einen neuromorphen Chip vor.

Ihr Design basiert auf zwei Technologien: Lateral Spin Valves und Memristoren. Laterale Spinventile sind winzige Magnete, die über Metalldrähte verbunden sind und die Ausrichtung je nach Spin der durch sie hindurchtretenden Elektronen ändern können. Wir haben uns in diesem Blog viele Male Memristoren angesehen. Dies sind grundlegende elektronische Geräte, die wie Widerstände mit Speicher wirken.

Augustine und Co argumentieren, dass die von ihnen entworfene Architektur ähnlich wie Neuronen funktioniert und daher verwendet werden kann, um verschiedene Arten der Reproduktion der Verarbeitungsfähigkeit des Gehirns zu testen.

Das i-Tüpfelchen sei, dass Spinventile mit in Millivolt gemessenen Klemmenspannungen arbeiten, das ist deutlich weniger als bei herkömmlichen Chips.

Sie behaupten, dass dies zu einer dramatischen Energieeinsparung führt. Wir zeigen, dass Spin-basierte neuromorphe Designs eine 15- bis 300-mal niedrigere Rechenenergie erreichen können, sagen sie. (Was sie eigentlich meinen, ist, dass sie uns ‚sagen‘, dass diese Art des Sparens möglich ist, da in ihrer Zeitung wenig Demonstrationen enthalten sind.)

Sie sagen auch, dass das neue Design ideal für die Art von Verarbeitungsaufgaben geeignet ist, die das Gehirn ziemlich gut macht: analoge Datenerfassung, kognitives Rechnen, assoziatives Gedächtnis und so weiter.

Intels neues Chipdesign scheint sicherlich eine Verbesserung gegenüber den bestehenden zu sein, aber es ist immer noch um Größenordnungen von der Recheneffizienz entfernt, die echte Neuronen erreichen.

Die jüngsten Fortschritte in der Memristor-Technologie und der Spintronik ermöglichen ganz offensichtlich völlig neue Wege zum Design von Chips. Es ist jedoch noch ein langer Weg, bis synthetische Systeme die Leistungsfähigkeit natürlicher Systeme erreichen können.

Ref: arxiv.org/abs/1206.3227 : Vorschlag für neuromorphe Hardware mit Spin-Geräten

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