KI-Chip Senna beschleunigt Spiking Neural Networks

Der neuromorphe SNN-Chip Senna eignet sich für die ultraschnelle und energieeffiziente Verarbeitung niedrigdimensionaler Zeitreihendaten.
Der neuromorphe SNN-Chip Senna eignet sich für die ultraschnelle und energieeffiziente Verarbeitung niedrigdimensionaler Zeitreihendaten. – Bild: © Fraunhofer IIS/Paul Pulkert

Forschende am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS haben einen KI-Chip für die Verarbeitung von Spiking Neural Networks (SNNs) entwickelt. SSNs bestehen aus einem Netz künstlicher Neuronen, die über Synapsen miteinander verbunden sind. Diese pulsenden Netze versprechen einen weiteren Entwicklungsschritt von künstlicher Intelligenz: Die Netze werden schneller, energieeffizienter und rücken näher an der Verarbeitungsweise des menschlichen Gehirns heran. Um diese Möglichkeiten in die Anwendung zu bringen, brauche es kleine, effiziente Hardware, die eine Struktur aus Neuronen und Synapsen nachbilde, so die Forschenden. Dafür entstand im Rahmen des Projekts SEC-Learn der neuromorphe SNN-Beschleuniger Senna.

Kleiner und schneller KI-Prozessor

Senna kann niedrigdimensionale Zeitreihendaten in KI-Anwendungen schnell verarbeiten. In der aktuellen Version besteht er aus 1024 künstlichen Neuronen auf weniger als 11mm² Chipfläche. Durch seine Reaktionszeit bis hinunter zu 20 Nanosekunden eignet et sich somit für zeitkritische Anwendungen an der Edge. Seine Stärken liegen laut den Forschenden in der Echtzeitauswertung ereignisbasierter Sensordaten und in geschlossen Regelungssystemen, zum Beispiel bei der Regelung kleiner Elektromotoren mit KI. Mit Senna lasse sich eine KI-optimierte Datenübertragung in Kommunikationssystemen realisieren, heißt es weiter. Dort könne der KI-Prozessor Signalströme analysieren und Sende- und Empfangsverfahren bei Bedarf anpassen, um die Effizienz und Performance der Übertragung zu verbessern.

Die Energieeffizienz von SNNs resultiert unter anderem daraus, dass die Neuronen nur spärlich und anlassbezogen aktiviert werden. Senna nutzt diesen Energiesparvorteil durch seine pulsenden Neuronen voll aus, so die Forschenden. Mit seiner vollständigen parallelen Verarbeitungsarchitektur bilden die künstlichen Neuronen das zeitliche Verhalten von SNNs exakt ab. Über seine integrierten Spike-Schnittstellen könne Senna zudem direkt mit spike-basierten Ein- und Ausgangssignalen arbeiten und sich so in einen ereignisbasierten Datenstrom einfügen. „Durch seine neuartige Architektur löst Senna den Kompromiss zwischen Energieeffizienz, Verarbeitungsgeschwindigkeit und Vielseitigkeit wie kein anderer Edge-AI-Prozessor. Dies macht ihn perfekt geeignet für ressourcenlimitierte Anwendungen, die extrem schnelle Reaktionszeiten im Nanosekundenbereich benötigen“, erklärt Michael Rothe, Gruppenleiter Embedded AI am Fraunhofer IIS.

Skalierbar und flexibel

Das aktuelle Senna-Referenzdesign ist für 22-nm-Fertigungsprozesse ausgelegt. So könne der SNN-Prozessor als Chip in verschiedensten Anwendungen zum Einsatz kommen und kostengünstig realisiert werden, heißt es. Das Design sei dabei skalierbar und könne vor der Chip-Produktion noch an spezifische Anwendungen, Performance-Anforderungen und Besonderheiten der Zielhardware angepasst werden. Aber auch nach Fertigung des Chips bleibe Senna maximal flexibel, so die Forschenden, denn er sei vollständig programmierbar. Das verwendete SNN-Modell kann jederzeit verändert und wieder auf Senna übertragen werden. Um Entwickelnden die Implementierung ihrer KI-Modelle so einfach wie möglich zu machen, stellt das Fraunhofer IIS ergänzend ein Software-Development-Kit zur Verfügung.



  • Fraunhofer-Forschende entwickeln Robotersystem zur Qualitätssicherung im 3D-Druck

    Fraunhofer-Forschende entwickeln Robotersystem zur Qualitätssicherung im 3D-Druck

    Können 3D-gedruckte Bauteile in der Luftfahrt eingesetzt werden? Im Projekt Enabl3D entwickeln Forschende nun eine ausreichende Qualitätssicherung für diesen Zweck.

    mehr lesen: Fraunhofer-Forschende entwickeln Robotersystem zur Qualitätssicherung im 3D-Druck

  • Event-Doppelpack zu KI, Daten und Quantencomputing

    Event-Doppelpack zu KI, Daten und Quantencomputing

    Am 25. und 26. September 2024 finden im Kosmos Berlin der AI & Data Summit und der Quantum Summit des Bitkom statt. Im Fokus der Veranstaltungen stehen Anwendungsfälle rund um…

    mehr lesen: Event-Doppelpack zu KI, Daten und Quantencomputing

  • VDMA-Umfrage zu Forschung im Maschinenbau

    VDMA-Umfrage zu Forschung im Maschinenbau

    Wie und wo forscht und entwickelt der deutsche Maschinenbau? Dazu hat der Branchenverband VDMA 400 Firmen befragt. Demnach ist das Innovationstempo hoch und soll weiter steigen. Auch wenn die Unternehmen…

    mehr lesen: VDMA-Umfrage zu Forschung im Maschinenbau

  • Industrieleistung bricht um zwei Prozent ein

    Industrieleistung bricht um zwei Prozent ein

    Deutschlands Wirtschaft könnte 2024 auf der Stelle treten. Nach aktuellen Berechnungen korrigiert das Ifo-Institut das voraussichtliche Wirtschaftswachstum von 0,4 auf null Prozent, die Industrie schrumpft sogar um zwei Prozent. Dafür…

    mehr lesen: Industrieleistung bricht um zwei Prozent ein

  • Maximilian Köpke wird COO/CFO bei Convista

    Maximilian Köpke wird COO/CFO bei Convista

    Das Beratungshaus Convista hat Maximilian Köpke in einer Doppelrolle als COO und CFO ins Boot geholt. Zuvor war der Manager als Partner bei der Boston Consulting Group angestellt.

    mehr lesen: Maximilian Köpke wird COO/CFO bei Convista

  • Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

    Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

    Auf der diesjährigen Fakuma, internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung, vom 15. bis 19. Oktober 2024 wird es neben der Ausstellung auch ein breites Rahmenprogramm geben. Erstmals wird etwa der Karriere-Freitag Teil…

    mehr lesen: Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

  • Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

    Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

    Sebastian Spicker hat die Position des Managing Director DACH bei IFS übernommen.

    mehr lesen: Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

  • IFS kauft Copperleaf Technologies

    IFS kauft Copperleaf Technologies

    Der schwedische Anbieter von Business-Software IFS kauft Copperleaf Technologies. Das kanadische Unternehmen bietet Analytics-Software etwa für die Investitionsplanung und soll rund eine Milliarde kanadische Dollar kosten, rund 670 Millionen Euro.

    mehr lesen: IFS kauft Copperleaf Technologies

  • Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

    Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

    Wie etabliert sind Robotik, KI, ML, Big Data und IoT in den europäischen Ländern? Und wie schneidet Deutschland im Vergleich ab? Das hat Reichelt Elektronik Menschen in Deutschland, Frankreich, Italien…

    mehr lesen: Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

  • Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

    Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

    Die vernetzte Fabrik, Datenräume und Automatisierung sind nur einige der Themen, die am 6. November in der Gläsernen Manufaktur Dresden im Mittelpunkt stehen. Für das Event Hub:Disrupt organisieren die Veranstalter…

    mehr lesen: Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

  • Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

    Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

    IT-Technik wie künstliche Intelligenz (KI) ermöglicht es Unternehmen, ganz neue Lernarchitekturen und -landschaften zu schmieden.

    mehr lesen: Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

  • Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe

    Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe

    KI-gestützter Identitätsbetrug kommt weltweit häufiger vor. Allein in Österreich stieg die Zahl der Deepfake-Angriffe in diesem Jahr um 119 Prozent, ergab eine KPMG Austria-Umfrage. Mit diesen drei Maßnahmen lassen sich…

    mehr lesen: Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe