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.



  • Pandemie hemmt Innovationen und ist zugleich Impulsgeber

    Pandemie hemmt Innovationen und ist zugleich Impulsgeber

    Im Jahr 2020 haben deutsche Unternehmen ihre innovationsausgaben reduziert. Wie aus Erhebungen des Zentrums für Europäische Wirtschaftsforschung hervorgeht, sind die Innovationstätigkeiten dabei vor allem bei Großunternehmen zurück gegangen.

    mehr lesen: Pandemie hemmt Innovationen und ist zugleich Impulsgeber

  • FMB 2022 findet früher statt

    FMB 2022 findet früher statt

    Die Vorverlegung der SPS führt dazu, dass die FMB – Zuliefermesse Maschinenbau nun ebenfalls früher stattfindet. Statt wie ursprünglich geplant Mitte November, sind die Veranstalter auf einen Termin Mitte Oktober…

    mehr lesen: FMB 2022 findet früher statt

  • iGrafx übernimmt Logpickr

    iGrafx übernimmt Logpickr

    Mit der Übernahme von Logpickr hat sich der Prozessdatenmanagement-Spezialist iGrafx Knowhow in Sachen Process Mining gesichert.

    mehr lesen: iGrafx übernimmt Logpickr

  • Machine Learning für die hochautomatisierte Fertigung

    Machine Learning für die hochautomatisierte Fertigung

    Der Automobilzulieferer Valeo hat mit dem Fraunhofer KI-Spin-off Plus10 und der Technischen Hochschule Ingolstadt ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt gestartet. Ziel des Projekts Palim (Performance-Accelerated Learning for Intelligent Manufacturing) ist es,…

    mehr lesen: Machine Learning für die hochautomatisierte Fertigung

  • Ifo Geschäftsklima legt im Januar zu

    Ifo Geschäftsklima legt im Januar zu

    0,9 Punkte mehr als noch im Dezember: Der Ifo-Geschäftsklimaindex ist im Januar gestiegen. Aus der Industrie kommen dabei positive Signale.

    mehr lesen: Ifo Geschäftsklima legt im Januar zu

  • Neuer Vorsitzender der VDI/VDE-GMA

    Neuer Vorsitzender der VDI/VDE-GMA

    Nach Atilla Bilgic übernimmt Michael Weyrich den Vorsitz der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA).

    mehr lesen: Neuer Vorsitzender der VDI/VDE-GMA

  • Wie sich Omicron auf die Lieferketten auswirkt

    Wie sich Omicron auf die Lieferketten auswirkt

    Nach Analysen des B2B-Netzwerks Tradeshift hat sich das Auftreten der Omicron-Variante im vierten Quartal negativ auf die globalen Lieferketten ausgewirkt, jedoch nicht so stark wie vorherige Infektions-Wellen.

    mehr lesen: Wie sich Omicron auf die Lieferketten auswirkt

  • Open Mind sichert sich Mehrheit an Hummingbird

    Open Mind sichert sich Mehrheit an Hummingbird

    Open Mind übernimmt die Mehrheit am MES-Hersteller Hummingbird Systems. Die CAD/CAM-Lösung von Open Mind wurde bereits im Rahmen einer Zusammenarbeit in das MES von Hummingbird integriert.

    mehr lesen: Open Mind sichert sich Mehrheit an Hummingbird

  • 350Mrd.€ weniger Wertschöpfung durch die Pandemie

    350Mrd.€ weniger Wertschöpfung durch die Pandemie

    Laut einer Studie des Instituts der deutschen Wirtschaft (IW) sind durch die Corona-Pandemie bisher 350Mrd.€ an Wirtschaftsleistung verloren gegangen. Im ersten Quartal dieses Jahres gehen die IW-Experten von einem weiteren…

    mehr lesen: 350Mrd.€ weniger Wertschöpfung durch die Pandemie

  • Umstellung auf S4/Hana für viele Unternehmen eine Herausforderung

    Umstellung auf S4/Hana für viele Unternehmen eine Herausforderung

    Umstellung auf S/4Hana ja, aber keine Zeit für die Vorbereitung. So sieht es die Mehrheit der befragten Unternehmen in einer Studie des Analystenhauses Techconsult. Bei 90 Prozent der Studienteilnehmer bemängeln…

    mehr lesen: Umstellung auf S4/Hana für viele Unternehmen eine Herausforderung

  • Allianz zwischen PTC und Schaeffler

    Allianz zwischen PTC und Schaeffler

    Schaeffler und PTC gehen eine strategische Partnerschaft, im Rahmen derer neue digitale Möglichkeiten in der Produktentwicklung entstehen sollen. Die Allianz soll zudem auf Schaefflers Roadmap 2025 einzahlen.

    mehr lesen: Allianz zwischen PTC und Schaeffler

  • Ein KI-Sprachmodell für Europa

    Ein KI-Sprachmodell für Europa

    Im Forschungsprojekt ’OpenGPT-X’ soll ein KI-Sprachmodell für Europa entstehen. Unter der Leitung der Fraunhofer-Institute für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS und für Integrierte Schaltungen IIS entwickelt ein Konsortium aus zehn…

    mehr lesen: Ein KI-Sprachmodell für Europa