Brainpower met IBM-chip

De neurosynaptische supercomputer ter grootte van een postzegel zou een grote verandering kunnen inluiden in wetenschap, technologie, de zakenwereld, de overheid en de maatschappij.

.

Er ligt een enorme kloof tussen het ultra lage energieverbruik bij de cognitieve capaciteiten van het menselijk brein en het verbruik van huidige computers. Om deze kloof te overbruggen, bedachten IBM-wetenschappers iets nieuws: een op neurowetenschappen geïnspireerde schaalbare en efficiënte computerarchitectuur die helemaal afstapt van de sinds 1946 vrijwel universeel gebruikte Von Neumann architectuur. De nu geïntroduceerde chip is het resultaat van bijna een decennium onderzoek en ontwikkeling, inclusief het initiële single core hardware prototype in 2011 en het software ecosysteem met een nieuwe programmeertaal en chipsimulator uit 2013.

De nieuwe cognitieve chip architectuur heeft op de chips een tweedimensionaal netwerk van 4096 digitale, gedistribueerde neurosynaptische cores. Elke core-module heeft opslag-, reken- en communicatiefunctionaliteit en werkt op een ‘event-driven’, parallelle en fouttolerante manier. Om een systeem te kunnen opschalen buiten de single-chip-grenzen kunnen naastgelegen chips naadloos met elkaar worden verbonden – en daarmee is de basis gelegd voor toekomstige neurosynaptische supercomputers. Om de schaalbaarheid te demonstreren, toonde IBM ook een systeem met 16 chips, met 16 miljoen programmeerbare neuronen en vier miljard programmeerbare synapsen.

Dr. Dharmendra S. Modha, IBM Fellow en IBM Chief Scientist, Brain-Inspired Computing, zegt: "Deze op het brein geïnspireerde computers kunnen mobiliteit transformeren, via toepassingen met sensoren en intelligentie, die in je handpalm passen maar waarvoor geen WiFi nodig is."

Het bouwen van de chip

De chip is gemaakt met een 25-nm procestechnologie van Samsung, die wordt gekenmerkt door een hoge geheugendichtheid en transistoren met geringe lek. "Het is een verbluffende prestatie om een proces dat traditioneel wordt gebruikt voor commercieel verkrijgbare, low-power mobiele componenten in te zetten voor een chip die het menselijk brein emuleert door het verwerken van extreme hoeveelheden sensorinformatie. En dat met slechts weinig energie", vindt Shawn Han, vicepresident voor Foundry Marketing bij Samsung Electronics. "De architectuur betekent een enorme doorbraak die essentieel is omdat de industrie afstevent op de volgende generatie cloud- en big-data processing. Het is een genot om deel te kunnen uitmaken van de technische vooruitgang voor een volgende technologiegeneratie."

De combinatie van procestechnologie op het scherpst van de snede, en hybride synchrone/asynchrone ontwerpmethodologie en een nieuwe architectuur heeft geleid tot een vermogensdichtheid van 20 mW/cm² – bijna vier grootteorden minder dan de huidige microprocessoren.

Het Synapse Ecosysteem

De nieuwe chip is onderdeel van een compleet verticaal geïntegreerd ecosysteem dat een chip simulator, neuroscience data, supercomputing, neuron specificatie, programmeer paradigma’s, algoritmes en applicaties, en prototype ontwerpmodellen omvat. Het ecosysteem ondersteunt alle aspecten van de programmeercyclus, van ontwerp, via ontwikkeling en debugging tot toepassing.

Toekomst

Kijkend naar de toekomst werkt IBM aan multisensor neurosymaptische verwerking in mobiele toestellen, waar vermogen, volume en snelheid belangrijke beperkingen zijn. Daarvoor wil men nieuwe event-driven sensoren integreren met de chip, evenals real-time multimedia cloud-diensten die worden versneld door neurosynaptische systemen door het koppelen van grote aantallen chips op een board. Zo worden systemen gecreëerd die later zouden kunnen worden opgeschaald tot honderd triljoen synapsen en meer.