Hinsichtlich Wahrnehmung, Kognition und Reaktion ist das menschliche Gehirn unschlagbar. Diese Fähigkeiten in Grundzügen nachahmen sollen Computerchips, die derzeit in Forschungslaboratorien von IBM entstehen.
Arbeiten wie das menschliche Gehirn – hiervon sind selbst leistungsfähigste Computer meilenweit entfernt. Zwar verarbeiten die Rechenkünstler in Sekundenbruchteilen das, worauf sie programmiert wurden. Durch Erfahrung lernen, Korrelationen finden und Hypothesen bilden, ist jedoch allein dem Gehirn vorbehalten. Forscher aus dem kalifornischen IBM Research Center in Almaden wollen den Computer nun dieser Evolutionsstufe annähern.
Den Anfang soll ein mit Sinnerfassung ausgestatteter Rechner machen. Dieser Prototyp einer neuartigen Klasse von Computerchips ist „der erste kognitive Prozessorkern, der das Rechnen über Neuronen, Speicher in der Form von Synapsen und Kommunikation über Axome vereint“, sagt Entwicklungsleiter Dharmendra Modha. IBM und eine Reihe US-amerikanischer Universitäten forschen dabei im Rahmen der mehrjährigen Initiative SyNapse. Ziel ist ein System, das nicht nur komplexe Informationen über verschiedene Sensoren erfassen und analysieren kann, sondern sich selbst über die Interaktion mit der Umwelt immer wieder neu programmiert. Das wesentlich neue daran sei die Parallelität der Vorgänge: „Computer, die mit dem neuen Chip ausgestattet sind, könnten ähnlich dem menschlichen Gehirn Erfahrungen sammeln und darauf Hypothesen bilden“, betont Projektleiter Modha.
Systeme auf Basis dieser neuartigen Technologie bilden eine Abkehr von der seit über einem halben Jahrhundert geltenden, so genannten Von-Neumann-Architektur, nach der die meisten heute verwendeten Computer gebaut sind. Diese bestehen aus Rechen-, Steuer-, Eingabe- und Ausgabeeinheit sowie einem Arbeitsspeicher und hängen von definierten Programmen und Instruktionen ab, um Aufgaben durchzuführen, die schrittweise abgearbeitet werden. Anders die Architektur kognitiver Systeme, welche die strukturelle und synaptische Plastizität des menschlichen Gehirns nachahmen.
Die von IBM-Forschern vorgestellten neurosynaptischen Computerchips enthalten Silizium-Schaltkreis und Algorithmen, deren Aufbau der Neurobiologie entnommen sind und ähnliche Abläufe ermöglichen, wie sie zwischen Neuronen und Synapsen im Gehirn auftreten. Die Prozessorkerne der ersten beiden Prototypen wurden in 54-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 assoziatives Speichern und Klassifizieren demonstrieren.
Projektleiter Modha kann sich künftig verschiedenste Einsatzbereich für die intelligenten Chips vorstellen: von der Finanzmarktanalyse über die Überwachung der weltweiten Wasserbewegungen bis zur Frischekontrolle beim Discounter. dk
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