36 Millionen für Computer wie Gehirne Neuromorphe Rechner aus dem Rheinischen Revier auf dem Weg zur Anwendung

Von Ulrike Ostler

Kohleförderung in Nordrhein-Westfalen wird abgeschafft, das ist hinlänglich bekannt. Statt Kumpel gibt es nun Förderungen. Eine davon hat die Entwicklung von praxisorientierten Demonstratoren zum Ziel, die zeigen sollen, wieviel effizienter neuro-inspirierte Künstliche Intelligenz sein wird.

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„Neurotec“-Projektkoordinator Proessor Rainer Waser vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen
„Neurotec“-Projektkoordinator Proessor Rainer Waser vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen
(Bild: Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau)

Das „Neurotec“-Projekt geht nun in die zweite Förderphase. Der Projektverbund, der vom Forschungszentrum Jülich koordiniert wird, hat dafür vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) eine Gesamtförderung von rund 36 Millionen Euro für die nächsten fünf Jahre erhalten. Auf das Forschungszentrum entfallen hiervon rund 21 Millionen Euro.

Die zweite Förderphase ist Teil des Strukturstärkungsgesetzes Kohleregionen, das der Deutsche Bundestag und der Bundesrat verabschiedet haben, und des Sofortprogramms „Plus“ des Landes Nordrhein-Westfalen. Um den Strukturwandel nach dem Ausstieg aus der Kohle zu unterstützen, braucht es neue Wertschöpfung im Rheinischen Revier. Die Grundlage hierfür soll Aus der Entwicklung von Hardware und Algorithmen für hocheffiziente Computer nach dem Vorbild des Gehirns entstehen.

Bundesforschungsministerin Anja Karlizcek, sagt: „Wir wollen Deutschland zum Leitmarkt von nachhaltigen Technologien der Digitalisierung machen. Wenn wir im Wettbewerb um die Technologien der Zukunft erfolgreich sein wollen, müssen wir gleichermaßen Leistungsfähigkeit wie Energiesparsamkeit vorantreiben. Mit dem Projekt Neurotec entwickeln wir Technologien für eine völlig neuartige Generation von Chips und Hardware (siehe: Hirn im Computer; Was ist neuromorphes Computing?- Was sind neuromorphe Chips?. Nach dem Vorbild des menschlichen Gehirns soll die Energie-Effizienz für die Anwendung von Künstlicher Intelligenz deutlich gesteigert werden.“

Interdisziplinäres Team

Das interdisziplinäre Projekt führt nach Interpretation der Beteiligten die Kompetenzen des Forschungszentrums Jülich und der RWTH Aachen zusammen, die gemeinsam mit Hochtechnologieunternehmen neue Materialien und elektronische Bauelemente für neuroinspirierte Hardware entwickeln. Zahlreiche regional ansässige Unternehmen wie Aixtron SE, AMO GmbH, Aixacct Systems GmbH, Surface Systems+Technology GmbH & Co. KG sowie Amotronics UG sind an dem Projekt beteiligt.

Die Funktionsweise des Gehirns dient dabei als Vorbild für neue Computerarchitekturen, so genannte neuromorphe Computer. Denn das menschliche Gehirn arbeitet äußerst effizient. Für bestimmte Aufgaben, etwa das Erkennen von Mustern, benötigt es teils tausendmal weniger Energie als konventionelle Digitalrechner.

Insbesondere die KI-Technik und das maschinelle Lernen könnten von neuromorphen Systemen profitieren. Denn diese sind ähnlich konstruiert wie die biologischen Netzwerke, die sie nachbilden. Weitere künftige Anwendungen liegen unter anderem überall dort, wo Daten in Echtzeit verarbeitet werden müssen, etwa für das autonome Fahren oder für die Industrie 4.0.

Memristoren wie Synapsen

Im Fokus von Neurotec stehen kleinste, für das neuromorphe Computing einsetzbare elektronische Komponenten, so genannte memristive Bauteile, die an herkömmliche Mikroelektronik anschlussfähig sind. Für die Herstellung kommen im Projekt Beschichtungsanlagen, Messtechnik und Software von Hochtechnologie-Zulieferern aus der Region zum Einsatz.

Memristoren weisen ähnliche Eigenschaften auf wie die Synapsen im menschlichen Gehirn. Sie können Informationen über einen einstellbaren Widerstandswert speichern und zugleich verarbeiten. Was das grundlegende Materialverständnis dieser Schaltelemente angeht, gilt die Allianz des Forschungszentrums Jülich und der RWTH Aachen als weltweit führend.

Professor Rainer Waser vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen, der das Neurotec-Projekt koordiniert, erläutert die anstehenden Aufgaben: „In der zweiten Phase des Projekts, die jetzt beginnt, wird es in erster Linie darum gehen, Demonstratoren zu entwickeln, die die Technologie und Funktion der neuromorphen Hardware- und Software-Architekturen unter Beweis stellen sollen.“ 2014 hatte er für seine Forschung den Leibniz-Preis erhalten. Nun führt er aus: „Dazu können wir auf die erweiterte Anlageninfrastruktur und Konzepte zurückgreifen, die in der ersten Projektphase seit 2019 erarbeitet wurden.“

Personelle Verstärkung aus den USA

Personelle Verstärkung erhält das Verbundprojekt in seiner zweiten Phase durch Professor John Paul Strachan und Professor Emre Ozgur Neftci. Die beiden Wissenschaftler sind im Juli von den Hewlett-Packard Labs und der University of California ans Forschungszentrum Jülich gewechselt und auf die Entwicklung von Hard- und Software für neuromorphe Systeme spezialisiert.

Thematische Anknüpfungspunkte bietet der Zukunfts-Cluster „Neurosys“, der sich unter der Federführung der RWTH Aachen mit der Entwicklung neuromorpher Hardware für autonome Systeme der Künstlichen Intelligenz beschäftigt. Ziel ist es, die Region zu einem Innovationsökosystem bestehend aus Forschungseinrichtungen, Industrie-Ansiedlungen und Neugründungen als weltweit führenden Standort für Forschung, Entwicklung und Nutzung europäischer KI-Hardware auszubauen. Die in Neurotec erzielten Ergebnisse fließen in Neurosys ein, wo sie weiter in Richtung Anwendung getrieben werden. Der ebenfalls vom BMBF geförderte Cluster bündelt hierfür regionale Kompetenzen und Infrastrukturen von Partnern aus den Bereichen Wissenschaft, Industrie und Zivilgesellschaft.

„Das Kofferwort Memristor setzt sich zusammen aus memory (Speicher) und resistor (elektrischer Widerstand). Memristive Bauelemente haben ähnliche Eigenschaften wie die Synapsen im Gehirn. Forscher aus Jülich und Aachen wollen damit nun sparsame Chips nach dem Vorbild der Natur entwickeln.“
„Das Kofferwort Memristor setzt sich zusammen aus memory (Speicher) und resistor (elektrischer Widerstand). Memristive Bauelemente haben ähnliche Eigenschaften wie die Synapsen im Gehirn. Forscher aus Jülich und Aachen wollen damit nun sparsame Chips nach dem Vorbild der Natur entwickeln.“
(Bild: RWTH Aachen, Forschungszentrum Jülich / Tobias Ziegler)

Bei Waser klingt das wie folgt: „Die Partner aus den Projekten Neurotec und Neurosys bilden zusammen einen Innovationskeim für neuromorphe KI-Technologie im Rheinischen Revier. Während Neurotec bereits seit zwei Jahren technologisch und konzeptionell unterwegs ist, tritt Neurosys ab Januar mit einer Ausrichtung speziell auf Anwendungen in KI-Systemen hinzu. Gemeinsam stärken wir die Technologieführerschaft der eingebundenen Unternehmen und erhöhen die Attraktivität des Standorts. Das ist unser Beitrag zum Strukturwandel, der jetzt schon Arbeitsplätze sichert.“

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