Christian Mayr ist ordentlicher Professor für hochparallele VLSI-Systeme und Neuromikroelektronik an der TU Dresden. Er hält ordentlich Vorlesungen, liest papers, organisiert Akademisches. Aber er ist auch außerordentlich. Denn er versteht sich als Mittler zwischen dem hochschulischen Elfenbeinturm und der kühl operierenden Industrie. Sein Ideal: wissenschaftlich exzellente Ideen in exzellente Ingenieurarbeit zu transferieren.
Manchmal kommen ihm solche übergreifenden Ideen auch in seiner überschaubaren freien Zeit; wenn er – gerne gemeinsam mit seinem kleinen Sohn – an Schaltungen, Mikrokontrollern und Steuerungen für das Haus bastelt, das er im Dresdner Vorort Radebeul gerade gebaut hat.
Die Innovation: ein Supercomputer, der die Arbeit des menschlichen Gehirns simuliert
Eine dieser Ideen heißt SpiNNaker2, ist Teil des Human Brain Projects und stellt ein Simulationsmodell des menschlichen Gehirns dar. Das heißt, zunächst mal ist es eigentlich ein Chip, in dem Beschleuniger stecken, die Neuronen und Synapsen simulieren können. Man könnte auch sagen: der Chip als natürlich inspiriertes künstliches Intelligenz-Netz.
Aus diesem einen Chip bauen Mayr und sein Team eine 70.000-Chip-Maschine namens SpiNNcloud, verteilt auf 16 Serverschränke, also ein gedanklich wie räumlich ziemlich großes Ding.
Im Juni 2021 wurden erste Prototypen des SpiNNaker2-Chips gefertigt und elektrisch sowie funktional „auf Herz und Nieren“ getestet. Auf Grundlage der gewonnenen Erkentnisse wird der Entwurf des SpiNNaker2-Chips optimiert und schließlich auf großen Wafern mit 300mm Durchmesser in großer Stückzahl bei Globalfoundries in Dresden für die SpiNNcloud produziert.
Das besonders Faszinierende an SpiNNaker2: Er macht zwei Innovationssprünge in einem – nämlich, was die Energieeffizienz und die Geschwindigkeit von Informationsverarbeitung betrifft.
Zum Verständnis: Egal ob man z.B. auf heutige Versionen des autonomen Fahrens oder auf Robotikanwendungen schaut – beides verbraucht, so Mayr, noch viel zu viel Energie. Etwa 100 mal so viel, wie es müsste und dürfte. Weil dabei viel zu viel Unnötiges (sogenannte Redundanzen) berechnet wird.
Es sei deshalb sinnvoll, sich das menschliche Gehirn zum Vorbild zu nehmen, das nach folgendem Prinzip arbeitet: Einer „Kommunikation“ gehen immer Informations-Verarbeitungsstufen voran.
In diesen wird darüber entschieden, welche Informationen für ein Problem relevant sind, tatsächlich übertragen werden – und entsprechend Energie verbrauchen. Was über den Energieverbrauch entscheidet, ist also der Prozess, der vor der „Kommunikation“ abläuft.
Genau dieses Prinzip hat Christian Mayr, der sich selbst als „stark biologieinspiriert“ bezeichnet, ins gesamte SpiNNaker2-System übernommen. Deshalb ist dieser Supercomputer, der künstliche Intelligenz und Hirnbiologie zusammenbringt, „klassischer KI“ deutlich überlegen.
„Im ersten Schritt wollen wir eine neue Generation Chips auf den Markt bringen, die die Sprachverarbeitung inklusive kompletter Sprachanalyse direkt ermöglicht. So – ohne Umweg über die Cloud – spart SpinNNaker2 nicht nur Zeit, sondern ermöglicht auch einen besseren Datenschutz bei ‚always on‘-Anwendungen,“ sagt Christian Mayr. Denn SpiNNaker2 ist viel schneller in der Informationsverarbeitung, verbraucht viel weniger Energie und wird dafür sorgen, dass Menschen, Maschinen und Systeme deutlich effizienter interagieren – später auch etwa in der Medizintechnik, beim autonomen Fahren, in der Robotik.
Das Team um Christian Mayr arbeitet deshalb bereits an der nächsten SpiNNaker-Generation: „In Zukunft könnte in jedem Robotergelenk einer unserer Chips verbaut sein und den Umweg über einen Zentralrechner in vielen Fällen obsolet machen. Das wird das Training der Roboter-eigenen Kinematik deutlich verbessern.“
Das Projekt SpiNNaker2 wird seit Sommer 2021 innerhalb der von Prof. Mayr mitbegründeten SpiNNcloud Systems GmbH weiterentwickelt:
SpiNNcloud Systems GmbH Freiberger Str. 37 01067 Dresden https://spinncloud.com/
