Ein Forscherteam der Universität Limerick hat eine wichtige Entdeckung gemacht und Moleküle entwickelt, die die Computertechnik revolutionieren könnten. Die Forscher des Bernal-Instituts der Universität Limerick haben neue Wege entdeckt, um Materialien auf der grundlegenden molekularen Ebene zu untersuchen, zu kontrollieren und anzupassen. Die Ergebnisse sind in ein internationales Projekt eingeflossen, an dem Experten aus aller Welt beteiligt sind, um eine völlig neuartige Hardware-Plattform für KI zu entwickeln, die eine noch nie dagewesene Verbesserung der Rechengeschwindigkeit und Energieeffizienz ermöglicht.
Das UL-Team unter der Leitung von Damien Thompson, Professor für Molekulare Modellierung bei UL und Direktor des irischen Forschungszentrums für Pharmazeutika (SSPC), arbeitet international mit Wissenschaftlern des Indian Institute of Science (IISc) und der Texas A&M University zusammen und ist überzeugt, dass diese neue Entdeckung zu neuen Lösungen für die großen gesellschaftlichen Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Energie und Umwelt führen wird. Professor Thompson erklärte: „Das Design ist vom menschlichen Gehirn inspiriert, das das natürliche Wackeln und Schütteln der Atome zur Verarbeitung und Speicherung von Informationen nutzt. Während die Moleküle um ihr Kristallgitter schwingen und hüpfen, erzeugen sie eine Vielzahl individueller Speicherzustände.
„Wir können den Weg der Moleküle im Inneren des Geräts nachverfolgen und jeden Schnappschuss einem einzigartigen elektrischen Zustand zuordnen. So entsteht eine Art Reisetagebuch des Moleküls, das wie in einem herkömmlichen siliziumbasierten Computer geschrieben und gelesen werden kann, aber hier mit massiv verbesserter Energie- und Raumökonomie, weil jeder Eintrag kleiner als ein Atom ist. Diese unkonventionelle Lösung könnte enorme Vorteile für alle Computeranwendungen haben, von energiehungrigen Rechenzentren bis hin zu speicherintensiven digitalen Karten und Online-Spielen“, sagt Thompson.
Neuromorphe Datenverarbeitung
Bislang haben sich neuromorphe Plattformen – ein vom menschlichen Gehirn inspirierter Ansatz für die Datenverarbeitung – nur für Operationen mit geringer Genauigkeit bewährt, zum Beispiel für Inferenzen in künstlichen neuronalen Netzen. Der Grund dafür ist, dass zentrale Rechenaufgaben wie die Signalverarbeitung, das Training neuronaler Netze und die Verarbeitung natürlicher Sprache eine viel höhere Rechenauflösung erfordern, als die vorhandenen neuromorphen Schaltungen bieten können.
Aus diesem Grund war das Erreichen einer hohen Auflösung die größte Herausforderung bei der neuromorphen Datenverarbeitung. Die Neukonzeption der zugrundeliegenden Rechenarchitektur durch das Team erreicht die erforderliche hohe Auflösung und führt ressourcenintensive Arbeitslasten mit einer beispiellosen Energieeffizienz von 4,1 Tera-Operationen pro Sekunde pro Watt (TOPS/W) aus. Der Durchbruch des Teams erweitert das neuromorphe Rechnen über Nischenanwendungen hinaus und kann so die seit langem angekündigten transformativen Vorteile der künstlichen Intelligenz freisetzen und den Kern der digitalen Elektronik von der Cloud bis zu den Endgeräten verstärken.
Der Projektleiter am IISc, Professor Sreetosh Goswami, sagte: „Durch die präzise Steuerung einer Vielzahl verfügbarer molekularer kinetischer Zustände haben wir den genauesten, voll funktionsfähigen neuromorphen 14-Bit-Beschleuniger geschaffen, der in eine Leiterplatte integriert ist und Signalverarbeitungs-, KI- und maschinelle Lernaufgaben wie künstliche neuronale Netze, Auto-Encoder und generative adversarische Netze bewältigen kann. „Vor allem können wir dank der hohen Präzision der Beschleuniger neuronale Netze am Rand trainieren und damit eine der dringendsten Herausforderungen im Bereich der KI-Hardware angehen.“
Weitere Verbesserungen sind geplant, da das Team daran arbeitet, die Palette der für die Herstellung der Plattformen verwendeten Materialien und Prozesse zu erweitern und die Verarbeitungsleistung noch weiter zu steigern. Professor Thompson erklärte: „Das ultimative Ziel ist es, das, was wir heute als Computer bezeichnen, durch hochleistungsfähige ,Everyware' zu ersetzen, die auf energieeffizienten und umweltfreundlichen Materialien basiert und eine verteilte, allgegenwärtige Informationsverarbeitung in der gesamten Umwelt ermöglicht, die in alltägliche Gegenstände von Kleidung über Lebensmittelverpackungen bis hin zu Baumaterialien integriert ist.“
