Durchbruch? IBM präsentiert "Gehirn aus Silizium"

18. August 2011, 10:05
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IBM-Forscher können die ersten Prototypen von "Neurosynaptischen Chips" vorzeigen.

IBM-Forscher können die ersten Prototypen von "Neurosynaptischen Chips" vorzeigen.
Forscher vom IBM Research Center in Almaden haben die ersten Prototypen von Computerchips mit einem radikal neuen Design entwickelt, die dereinst die Basis für reale "Cognitive Computer" sein sollen – Computer, welche Dinge beherrschen, welche heutigen Computern noch weitgehend fremd sind: Lernfähigkeit, assoziatives Denken und Klassifizierung, die Fähigkeit, Hypothesen zu formuliern und zu testen und vieles mehr.
Die neuartigen Chips enthalten keinerlei reale biologische Bestandteile, ahmen aber die Grundbestandteile eines Gehirns nach: Die Siliziumschaltkreise bilden etwas, was IBM einen “neurosynaptischen Kern” nennt, in dem imitierte Neuronen für die Rechenkraft, imitierte Axone für Kommunikation und imitierte Synapsen für die Speicherfähigkeit sorgen.
Silizium-Gehirnchen
Die IBM-Forscher haben zwei Versionen entwickelt. Die Prototypen enthalten je 256 Neuronen und entweder 262'144 programmierbare Synapsen oder 65'536 "lernfähige" Synapsen. Laut IBM konnten die Forscher bereits zeigen, dass die Chips einfache Aufgaben im Bereich Navigation, Bild- und Mustererkennung sowie assoziativer Speicherung bewältigen können.
Ein menschliches Gehirn enthält nun allerdings geschätzte 100 Milliarden Neuronen und 100 Billionen Synapsen. In ähnliche Dimensionen vorzudringen ist das Fernziel der Forscher: Längerfristig möchten sie ein System mit 10 Milliarden Neuronen und 100 Billionen Synapsen realisieren, das zudem weniger als 1 Kilowatt Energie verbraucht und ein Volumen von weniger als 2 Litern aufweist.
Neuronen werden die Nervenzellen in unserem Gehirn genannt welche Signale erzeugen. Axone sind mehr oder weniger verästelte Fortsätze der Neuronen, über welche die Signale zu anderen Neuronen laufen, die sie dann "verarbeiten". Die Synapsen sind die Kontaktpunkte, welche Axone mit anderen Nervenzellen verbinden. Im Laufe unseres Lebens entstehen dauernd neue synaptische Verbindungen. Auch die Synapsen selbst können ihre Merkmale aufgrund von "Erfahrungen" ändern. Sie können beispielsweise Signale mehr oder weniger efiizient weiterleiten und Empfängerzellen stimulieren oder auch hemmen. Aufgrund dieser Eigenschaften sind die synaptischen Verbindungen nach dem heutigen Stand der Wissenschaft für unser Gedächtnis und unsere Lernfähigkeit verantwortlich.
"Denkende Computer" sind (vorerst?) nicht das Ziel
Genau diese dauernde, dynamische "Selbstprogrammierung" sowie die Fähigkeit, Inputs aus verschiedensten Quellen gleichzeitig zu verarbeiten sind die grossen Ziele des "Cognitive Computing". Die Idee ist nicht neu: Schon in den 40er-Jahren enstand die Idee der "neuronalen Netze", die ebenfalls diese Fähigkeiten biologischer Gehirne nachahmen, und die teilweise auch schon heute für reale Aufgaben verwendet werden. Neuronale Netze basieren allerdings meist auf herkömmlichen Computerbestandteilen und Software. Wenn es IBM gelingt, die erstrebten Fähigkeiten einfachen und billig produzierbaren Chips zu verleihen, ist man einem Masseneinsatz wesentlich näher.
Das Ziel sind nicht "denkende" – oder gar philosophierende - Computer wie beispielsweise der berühmte HAL9000 aus dem Film "2001". Zumindest hüten sich die IBM-Forscher, das Wort künstliche Intelligenz in den Mund zu nehmen. Laut Projektleiter Dharmendra Modha könnten die neuen Systeme in einigen Jahren herkömmliche Computer in vielen, aber jeweils eng eingegrenzten Aufgabengebieten ergänzen, beispielsweise für präzise Finanzmarktanalysen, die Überwachung der weltweiten Wasserbewegungen inklusive rechtzeitiger Warnungen vor Tsunamis, Erdbebenwarnungen, Verkehrsüberwachung und vieles mehr – oder auch schlicht, um Ladenangestellte frühzeitig zu warnen, wenn das Gemüse in den Regalen anfängt zu schimmeln. (hjm)
(Foto: IBM)

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