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Kognitive Algorithmen in kleine Rechner bringen

Wie können kleine Geräte wie Handys in Zukunft hochkomplexe Algorithmen der Künstlichen Intelligenz ausführen, ohne dabei an ihre Grenzen zu stoßen? ForscherInnen der Universität Siegen arbeiten im Rahmen des EU-Projektes „Wiplash“ zur Lösung des Problems an einer neuen Rechnerarchitektur.

Das Gebiet der Künstlichen Intelligenz entwickelt sich mit rasanter Geschwindigkeit. So ist die automatisierte Bilderkennung auf dem Vormarsch und Maschinen sind längst in der Lage, Spiele selbstständig zu erlernen. Das sind nur zwei von unzähligen Beispielen, die Möglichkeiten scheinen unendlich – wären da nicht technische Grenzen. Denn Künstliche Intelligenz basiert auf komplexen Algorithmen und ist extrem rechenintensiv, oft werden dafür große Rechenzentren benötigt. Eine Übertragung der Algorithmen auf kleine Geräte, wie etwa Handys, ist derzeit kaum möglich. Ein Team der Universität Siegen und WissenschaftlerInnen aus ganz Europa arbeiten im Rahmen des von der EU geförderten Projektes „Wiplash“  daran, dass sich das in Zukunft ändert. „Es geht darum, die Künstliche Intelligenz aus den großen Rechenzentren rauszuholen und auf portable Plattformen zu übertragen“, sagt Prof. Dr. Peter Haring Bolívar, Inhaber des Lehrstuhls Höchstfrequenztechnik und Quantenelektronik.

Dafür ist eine neue Art von Computerstrukturen notwendig, die die derzeitige sogenannte „Von-Neumann-Rechnerarchitektur“ ersetzt. Bislang sind Mikroprozessor und Speicher in den Rechnern voneinander getrennt, das kostet (zu viel) Energie und Zeit. Komplexe Algorithmen für Künstliche Intelligenz lassen sich so nicht effektiv und schnell verarbeiten. „Wir entwickeln deshalb eine neue Form der Hardware, quasi einen Mutanten aus Speicher und Mikroprozessor, ähnlich wie bei den Synapsen in unserem Gehirn“, erklärt Prof. Haring Bolívar. „Dies ist extrem wichtig, damit kognitive technische Systeme zukünftig ähnlich effizient wie unser Gehirn arbeiten können. Beispielsweise braucht unser Gehirn für das Lernen einer Bildfolge nur eine kurze Zeit und eine geringe Leistung von lediglich 20 Watt, während der gleiche Lernvorgang derzeit aufwendige Computer mit vielen Prozessoren (GPUs) über Wochen und mit einem Gesamtenergiebedarf von etwa 400 Kilowattstunden erfordert.“ Sein Siegener Team ist für die Subeinheiten dieses „Mutanten“ zuständig und soll die Kommunikation zwischen den intelligenten Chips realisieren. Dafür wiederum soll Terahertz-Strahlung zum Einsatz kommen.

„Das ist ein sehr schönes Projekt und eine Auszeichnung für uns, in diesem kompetitivsten Bereich der europäischen Forschung gepunktet zu haben“, freut sich Prof. Haring Bolívar über den Zuschlag im Rahmen des EU-Förderprogramms „Future and Emerging Technologies“ und die Zusammenarbeit mit renommierten Partnern. Das Gesamtvolumen von „Wiplash“ beträgt 3 Millionen Euro, 420.000 Euro entfallen auf die Uni Siegen. Im Rahmen der Ausschreibung wurden 400 Anträge eingereicht. „Wiplash“ erreichte mit 4,85 von 5 Punkten eine exzellente Bewertung und ist unter den besten 1,8 Prozent der Projekte in Europa zu finden. Partner sind die Universitat Politècnica de Catalunya, die École Polytechnique Fédérale de Lausanne, die RWTH Aachen, die Universität Bologna, IBM Research Zürich und die AMO GmbH. 

 wiplash_team_web
Das „Wiplash“-Forschungsteam um Prof. Dr. Peter Haring Bolívar (2. v.r.) von der Universität Siegen beim Kick-off-Meeting in Barcelona. (Das Treffen fand vor Ausbruch der Corona-Pandemie statt.)

euflag
This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 863337.