Universität Heidelberg: neuromorphe Computer – auf dem Weg zu einer biologisch begründeten künstlichen Intelligenz.

Neuromorpher Computer BrainScaleS mit 4 Millionen Neuronen und 1 Milliarde Synapsen (li.) Entwurf für den BrainScaleSChip mit analogen Neuronen und zwei eingebetteten Prozessen für lokales Lernen (r.) © Universität Heidelberg

Was nervt Sie eigentlich am meisten an Ihrem Smartphone? Vermutlich sind es zwei Dinge. Das tägliche Laden der Batterie und die nie enden wollenden Software-Updates. Haben Sie schon einmal darüber nach­gedacht, dass dies für Ihr Gehirn nicht nötig ist? Wäre es nicht groß­artig, wenn wir Telefone oder andere Computer nach dem Vor­bild des Gehirns bauen könnten?

Megatrend Digitalisierung?


Eine Forschungsgruppe am Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg arbeitet genau an dieser Heraus­forderung: dem Bau und der Nutzung sogenannter neuromorpher Chips und neuromorpher Computer. Entgegen dem Mega­trend der Digitalisierung arbeiten diese neuromorphen Computer näher an den Prinzipien der Neuro­biologie: Die Informations­verarbeitung in den elektronischen Neuronen und Synapsen ist analog, die Zeit ist nicht getaktet wie in klassischen Computern, sondern fließt kontinuierlich.

Megatrend künstliche Intelligenz?


Warum das alles? Die Heidelberger Forscher arbeiten vor allem an einer Synthese der Lern­prinzipien des Gehirns. Lernen spielt eine ganz entscheidende Rolle bei einem anderen Mega­trend unserer Zeit: der künstlichen Intelligenz. Hier erfolgt das Lernen gegen­wärtig noch mit riesigen Trainings­daten­sätzen, die korrekte Beispiel­lösungen vorgeben. Training und Nutzung sind dann von­einander getrennt. Erst wird gelernt, dann folgt die Anwendung. Das Gehirn funktioniert ganz anders: Lernen erfolgt fort­während und kontinuierlich. Uns reicht bis­weilen auch schon ein einziges Ereignis, um etwas zu lernen, was wir dann nie wieder vergessen. Die Heidelberger neuromorphen Computer sollen diese erstaunlichen Fähig­keiten des Gehirns auf ihren elektronischen Schaltungen realisieren.

Das Human Brain Project – Inter­disziplinarität ist Bedingung Zurzeit befindet


Zurzeit befindet sich auf dem Heidelberger Forschungs­campus Neuenheimer Feld, versteckt in einem unscheinbaren Container, eine welt­weit einzig­artige Einrichtung, das BrainScaleS-System. Etwa vier Millionen künstliche Neuronen und eine Milliarde Synapsen sind zu einem neuromorphen Computer verschaltet, an dem Wissen­schaftler entweder vor Ort oder über das Internet Experimente durch­führen. Auch ein neuromorpher Chip der nächsten Generation wird der­zeit im Rahmen des europäischen Forschungs­flagg­schiffs Human Brain Project in einer inter­disziplinären Kollaboration zwischen Neuro­wissen­schaftlern, Physikern und Ingenieuren entwickelt und steht als Proto­typ zur Verfügung. Dieser neue Chip hat das Potenzial, das Feld der künstlichen Intelligenz durch seinen ausgeprägt biologisch realistischen Ansatz zu revolutionieren. Auf ihm sind die aller­neusten Erkenntnisse der Neuro­biologie des Lernens in neu­artigen Schaltungs­konzepten umgesetzt. Und noch ein wichtiges Detail: Alle Systeme sind etwa 1000- bis 10.000-mal schneller als die Biologie. Die Lern­vor­gänge eines biologischen Tages können also auf bis zu zehn Sekunden komprimiert werden. Nur durch diesen beschleunigten Ansatz können umfang­reiche Studien über das Lernen realisiert werden.

Zukunft seit 1386 – die Universität Heidelberg


Die Universität Heidelberg unter­stützt diesen neuen Ansatz nach­haltig. Gemeinsam mit dem Land Baden-Württemberg, privaten Förderern und einem Europäischen Förder­programm entsteht derzeit ein Neubau für das Europäische Institut für Neuromorphes Computing (EINC). Dies ist eine spannende Initiative zur richtigen Zeit. Im Geiste ihrer jahr­hunderte­alten Tradition wird die Universität Heidelberg unser Wissen vermehren und wichtige gesellschaftliche Veränderungen nach­haltig mit­gestalten.


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