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.



  • Maschinen- und Anlagenbauer mit zweistelligem Auftragsminus

    Maschinen- und Anlagenbauer mit zweistelligem Auftragsminus

    Im Juni blieben die Bestellungen im Maschinen- und Anlagenbau unter dem Vorjahreswert. Und auch für das erste Halbjahr verzeichnet die Branche ein Minus.

    mehr lesen: Maschinen- und Anlagenbauer mit zweistelligem Auftragsminus

  • Mit intelligenter Haut Mensch-Roboter-Interaktionen verbessern

    Mit intelligenter Haut Mensch-Roboter-Interaktionen verbessern

    In der industriellen Fertigung, aber auch in anderen Branchen, hat sich die physische Interaktion zwischen Mensch und Roboter zu einer Schlüsseltechnologie entwickelt. Das Forschungsprojekt Fitness will diese Interaktion mit Metasurface-Antennen…

    mehr lesen: Mit intelligenter Haut Mensch-Roboter-Interaktionen verbessern

  • Econ Solutions bezieht neuen Standort

    Econ Solutions bezieht neuen Standort

    Um mehr Kundennähe sowie eine engere Zusammenarbeit mit dem Mutterunternehmen MVV Energie zu ermöglichen hat Econ Solutions einen neuen Standort eröffnet.

    mehr lesen: Econ Solutions bezieht neuen Standort

  • KIT-Expertin: „Cyberangriffe nehmen zu, Schutzmaßnahmen werden besser“

    KIT-Expertin: „Cyberangriffe nehmen zu, Schutzmaßnahmen werden besser“

    Vor 40 Jahren kam die erste E-Mail in Deutschland an. Heute werden täglich rund 350 Milliarden Mails versendet – auch durch Cyberkriminelle. Professorin Melanie Volkamer, Expertin für IT-Sicherheit vom Karlsruher…

    mehr lesen: KIT-Expertin: „Cyberangriffe nehmen zu, Schutzmaßnahmen werden besser“

  • Bitkom zum Inkrafttreten des AI Acts

    Bitkom zum Inkrafttreten des AI Acts

    Nach der Veröffentlichung im EU-Amtsblatt am 12. Juli tritt am 1. August der AI Act in Kraft. Der Bitkom sieht jedoch noch viele Fragen ungeklärt.

    mehr lesen: Bitkom zum Inkrafttreten des AI Acts

  • Wie Unternehmen mit Ausbildung den Fachkräftemangel bekämpfen wollen

    Wie Unternehmen mit Ausbildung den Fachkräftemangel bekämpfen wollen

    In Deutschland fehlen Fachkräfte. Ein Weg, um die Lücken zumindest ein bisschen zu schließen: Selbst ausbilden. Besonders gefragt ist Nachwuchs in MINT-Berufen. Wie aus einer Studie des Instituts der deutschen…

    mehr lesen: Wie Unternehmen mit Ausbildung den Fachkräftemangel bekämpfen wollen

  • Capgemini-Studie zeigt Potenziale für Bio-Engineering in der Industrie

    Capgemini-Studie zeigt Potenziale für Bio-Engineering in der Industrie

    Nahezu alle Industrie-Unternehmen befassen sich laut einer Capgemini-Studie mit Bio-Engineering. Die Mehrheit der befragten Organisationen plant demnach sogar Investitionserhöhungen für Biotechnologie. Ein zentrales Motiv: mehr Nachhaltigkeit.

    mehr lesen: Capgemini-Studie zeigt Potenziale für Bio-Engineering in der Industrie

  • Smart Factory Week startet Mitte September

    Smart Factory Week startet Mitte September

    Die Smart Factory Week von MPDV geht vom 16. bis 19. September 2024 in die vierte Runde. Das Online-Event richtet sich an Einsteiger und Nutzer digitaler Fertigungsprozesse und Management Execution…

    mehr lesen: Smart Factory Week startet Mitte September

  • Neuer Managing Director Germany bei Commvault

    Neuer Managing Director Germany bei Commvault

    Seit Juli hat die Commvault Systems einen neuen Management Director für Deutschland. Frank Dehne folgt in dieser Position auf Peter Kayi.

    mehr lesen: Neuer Managing Director Germany bei Commvault

  • BSI entwickelt Folgemaßnahmen als Reaktion auf weltweite IT-Ausfälle

    BSI entwickelt Folgemaßnahmen als Reaktion auf weltweite IT-Ausfälle

    Nach den weltweiten IT-Störungen am 19. Juli 2024 hat das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) im Gespräch mit den Software-Unternehmen Crowdstrike und Microsoft erste Maßnahmen entwickelt, um vergleichbare…

    mehr lesen: BSI entwickelt Folgemaßnahmen als Reaktion auf weltweite IT-Ausfälle

  • Forschende gehen technologiebezogenen Verschwörungstheorien auf den Grund

    Forschende gehen technologiebezogenen Verschwörungstheorien auf den Grund

    Wissenschaftler der Universitäten Paderborn und Göttingen untersuchen in einer Studie, wie technologiebezogene Verschwörungstheorien zustande kommen und welche Auswirkungen diese haben können.

    mehr lesen: Forschende gehen technologiebezogenen Verschwörungstheorien auf den Grund

  • B-Human erneut beim RoboCup erfolgreich

    B-Human erneut beim RoboCup erfolgreich

    Das Team B-Human der Universität Bremen und des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) errang bei der RoboCup-Weltmeisterschaft in Eindhoven den Titel – und das bereits zum elften Mal.

    mehr lesen: B-Human erneut beim RoboCup erfolgreich