Künstliche Intelligenz auf der HPE Discover

Memristoren werden Inferenzmaschinen

| Autor / Redakteur: Ariane Rüdiger / Nico Litzel

Prototyp eines Memristor-Chips
Prototyp eines Memristor-Chips (Bild: Rüdiger)

Hewlett Packard Enterprise (HPE) gab auf der Konferenz „Discover“ in Las Vegas einen Ausblick auf die Zukunft des datenzentrierten Computings mit Edge-Intelligenz. Memristoren könnten bei der Umsetzung dieses Konzepts eine wichtige Rolle übernehmen – allerdings an anderer Stelle als bislang vermutet.

„75 Prozent aller Daten werden in Zukunft am Edge entstehen und müssen oft auch dort analysiert werden, weil es viel zu lange dauert, sie in die Cloud zu transportieren“, formulierte Tom Bradicich, Vice President und General Manager IoT und Converged Edge Systems, auf der HPE Discover.

Das trifft auf viele Bereiche zu, zum Beispiel auf autonome Fahrzeuge, auf Roboter, auf das Smart Grid – beziehungsweise das intelligente Haus – oder auf im Rahmen von Industrie-4.0-Konzepten durchautomatiserte Produktionsprozesse.

Inferenz-Maschinen am Edge waren bisher schwierig zu realisieren. Für das Anlernen neuronaler Netze sind umfangreiche Berechnungen notwendig, so genannte Matrix-Vektor-Multiplikationen. Bisher verwendet man dafür schnelle grafische Verarbeitungseinheiten (GPUs), die aber viel Strom verbrauchen. Am Edge ist dies eher unerwünscht – dort steht oft nicht viel Energie zur Verfügung.

Liegt die Zukunft im Memristor?

Nun scheint HPE für dieses Problem eine neue Lösung gefunden zu haben, die mehrere Fliegen mit einer Klappe schlägt: den Memristor. Bisher wartete man vergeblich darauf, dass endlich Memory Driven Computer von HPE mit den neuartigen nichtflüchtigen Bauelementen auf den Markt kommen würden, doch stattdessen verwendet HPE in seinem speicherzentrierten „Superdome Flex“ Kombinationen bekannter Technologien und demnächst wohl Intels „3DXPoint“. Zwischen den Zeilen konnte man vernehmen, dass Memristoren für das bloße Speichern von Nullen und Einsen schlicht (noch?) zu teuer sind.

Außerdem passen Memristoren eigentlich nicht optimal zur digitalen Logik, sondern haben Eigenschaften, die sie eher für komplexe neue Einsatzfelder interessant machen. So können sie mehrere Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Memristoren ändern ihren Widerstand analog zur Stärke eines Magnetfelds, das durch einen Stromfluss ausgelöst wird.

Je stärker der Stromfluss, desto höher der Widerstand des Bauelements. HPE zeigte in Las Vegas Memristoren, die 32 unterschiedliche Werte repräsentieren können, in der Forschung ist es bereits gelungen, Memristoren mit mehr als 100 unterschiedlichen Widerstands-Leveln zu bauen.

Dieser Aufbau ist die prototypische Systemumgebung des aus Memristoren bestehenden neuronalen Netzes. In einem kommerziellen System würde dieselbe Umgebung auf einigen wenigen Chips konsolidiert.
Dieser Aufbau ist die prototypische Systemumgebung des aus Memristoren bestehenden neuronalen Netzes. In einem kommerziellen System würde dieselbe Umgebung auf einigen wenigen Chips konsolidiert. (Bild: Rüdiger)

Damit passen Memristor-Speicherzellen gut ins Konzept neuronaler Netze, bei denen jeder Knoten abhängig von der Stärke der dort einlaufenden Verbindungen einen bestimmten Wert annimmt und diesen als Input an die von ihm ausgehenden Verbindungen weiterreicht. Diese Logik wurde bisher in Software abgebildet, was extrem umständlich ist.

Mit vernetzten Memristorzellen, bei denen sich der elektrische Input, den jede Verbindung erhält, entsprechend dem Wert der am Anfang der Verbindung liegenden Memristorzelle modifizieren lässt, will HPE nun ein neuronales Netz gewissermaßen physikalisch in Form einer Memristor-Matrix abbilden. Da sich die nötigen Memristoren und Verbindungen auf einem Chip unterbringen lassen, der kleiner ist als ein Fingernagel, kann man mehrere dieser Module auf einem größeren Modul unterbringen.

Sie arbeiten dann parallel, so dass sich das Anlernen neuronaler Netze um Dimensionen beschleunigt und ihr Betrieb am Edge erheblich weniger Strom braucht. HPE will schon bald Edgeline-Systeme auf den Markt bringen, die mit Memristoren realisierte neuronale Netzwerkmodule, sogenannte neuromorphe Akzeleratoren, enthalten.

Sie könnten beispielsweise helfen, neue, datengetriebene Logistikmodelle, die unter anderem auf autonomen Fahrzeugen basieren, zu unterstützen. HPE und Ford gaben auf der Discover eine entsprechende strategische Zusammenarbeit bekannt, die nicht nur Autos, sondern das gesamte Verkehrssystem verändern soll. Zudem hat HPE zusammen mit dem Markt- und Trendforschungszweig der Zeitschrift „The Atlantic“ mit der Untersuchung future:now umfangreiche Investigationen zu diesem Wirtschaftszweig, aber auch zu Finanzdienstleistungen und der produzierenden Industrie durchgeführt. Sie sollen in den nächsten Jahren in neue Lösungen münden.

Quantencomputer: Noch lange hin

Auf Quantencomputer als Hilfsmittel bei der Lösung komplexer, mit umfangreichen Datenanalysen verbundener Probleme wird man dagegen wohl noch lange warten müssen - zumindest geht man HPE davon aus. Denn diese Systeme müssen unter anderem bei Temperaturen um den absoluten Nullpunkt betrieben werden.

Kirk Bresniker, Chief Architect und Vice President Hewlett Packard Labs: „Als mir klar wurde, dass man ein mobiles Device kaum mit einer Quanteneinheit würde ausrüsten können, habe ich aufgehört, daran zu forschen und mich wieder Themen zugewandt, die für unsere Kunden, die Unternehmen, relevanter sind.“

Zudem ist vollkommen andere Software erforderlich. Quantenkapazitäten, die sich für geschäftliche Zwecke verwenden lassen, werden, so zeigte sich Ray Beausoleil, Senior Fellow bei den HP Labs überzeugt, werde ohnehin noch nicht in nächster Zeit verfügbar sein und wegen ihrer physikalischen Voraussetzungen vor allem in speziellen Rechenzentren bereitgehalten werden, die, ähnlich den heutigen Hochleistungsrechenzentren, für diese Rechnersysteme geeignete Aufgaben entgegennehmen und vor Ort mit Quantenmethoden kalkulieren werden. Allerdings war er genauso überzeugt davon, dass in 30 bis 40 Jahren wohl alle IT-Ingenieure etwas von Quantenphysik verstehen müssen.

Ethik-Debatte allenthalben

Doch die Diskussion um AI und Big Data befasste sich auf der Discover nicht nur mit technischen Themen. Häufig ging es auch um ethische Fragen. Zwei Beispiele:

  • Wie verhindert man, dass sich die Vorurteile der Programmierer in den KI-Algorithmen wiederfinden und sie damit skaliert, also auf ganze Bevölkerungsgruppen angewandt werden?
  • Kann und darf man KI-Algorithmen kulturübergreifend einsetzen, wenn sie die Werte der Kultur widerspiegeln, in der sie erstellt wurden?

Als Lösung dafür schlug Beena Ammanath, Vice President AI and Data bei HPE Pointnext, vor: „Wir brauchen unbedingt Vielfalt in den Teams, die die entsprechenden Algorithmen realisieren!“ Zudem stecke Künstliche Intelligenz noch so sehr in den Kinderschuhen, dass man viele Auswirkungen heute noch kaum absehen könne.

HP-Labs-CTO Bresniker ist überzeugt davon, dass solchen Fragen ein breiterer Raum in der gesellschaftlichen Diskussion eingeräumt werden muss. „Es ist nicht sinnvoll, dass die IT-Branche diese Themen nur unter sich diskutiert, wir haben nämlich eine sehr spezielle, eingeschränkte Sichtweise.“

Dieser Diskurs scheint langsam in Gang zu kommen. So beschäftigt sich inzwischen auch das Weltwirtschaftsforum mit der Frage, wie die Regeln für das KI-Zeitalter aussehen können. Zweifellos kann Künstliche Intelligenz (KI) große Nutzeffekte bringen, etwa in der Medizin, um die unüberschaubare Menge an Behandlungs- und Forschungsdaten handhabbar zu machen. Häufig wird KI aber auch als Hilfsmittel betrachtet, um – ein gern zitiertes Beispiel – den Klimawandel aufzuhalten, indem Prozesse wie die Logistik damit effizienter gemacht werden.

Einige praktische Beispiele, die auf der Discover breit präsentiert wurden, waren allerdings gerade bezogen auf den letztgenannten Aspekt eher wenig zielführend. Das Reiseportal Travelport etwa portiert derzeit einige Dutzend wichtige geschäftliche Anwendungen auf den speicherzentrierten HPE Superdome Flex. Das Ziel: Noch mehr Nutzern mit noch mehr Reiseanfragen in Antwortzeiten unter einer Sekunde das individuell beste Reiseangebot zu unterbreiten und sie damit zu noch mehr Reisen zu motivieren.

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