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.



  • Software-as-a-Service für die Fertigung

    Software-as-a-Service für die Fertigung

    Die Komplexität des Maschinenparks erschwert es oft, geeignete Parameter für den optimalen Betrieb zu definieren. Hier kommt das Startup FactoryPal ins Spiel, das mit seiner KI-basierten Lösung Abhilfe schaffen will.

    mehr lesen: Software-as-a-Service für die Fertigung

  • Nachhaltige Industrie durch neue Technologien

    Nachhaltige Industrie durch neue Technologien

    Bitkom-Studie Nachhaltige Industrie durch neue Technologien Deutsche Unternehmen gehen davon aus, dass Industrie 4.0-Technologien zu einer Reduktion des CO2-Ausstoßes beitragen können. Viele Unternehmen haben sich bereits eine Selbstverpflichtung zu Senkung…

    mehr lesen: Nachhaltige Industrie durch neue Technologien

  • Nach dem Lockdown setzt Erholung ein

    Nach dem Lockdown setzt Erholung ein

    Die Deutsche Wirtschaft erholt sich langsam. Bis das Vorkrisenniveau erreicht wird, könnte es laut Bundeswirtschaftsministerium noch bis 2022 dauern.

    mehr lesen: Nach dem Lockdown setzt Erholung ein

  • Karl Tucholski ist Head of Business Development bei Prime Computer

    Karl Tucholski ist Head of Business Development bei Prime Computer

    Karl Tucholski ist neuer Head of Business Development bei Prime Computer für Deutschland und Österreich.

    mehr lesen: Karl Tucholski ist Head of Business Development bei Prime Computer

  • Maschinenbau rechnet 2020 mit Produktionsrückgang von 17 Prozent

    Maschinenbau rechnet 2020 mit Produktionsrückgang von 17 Prozent

    Der Maschinen- und Anlagenbau kämpft gegen die Folgen der globalen Corona-Pandemie, aber auch gegen einen nach wie vor belastenden Protektionismus im internationalen Handel. Hinzu kommt ein industrieller Wandel, der sich…

    mehr lesen: Maschinenbau rechnet 2020 mit Produktionsrückgang von 17 Prozent

  • Fraunhofer IFF baut Forschungsstandort aus

    Fraunhofer IFF baut Forschungsstandort aus

    Das Fraunhofer IFF baut eine neue Forschungsfabrik im Magdeburger Wissenschaftshafen. Diese soll im Herbst 2021 fertig sein und neue Forschungsschwerpunkte beheimaten.

    mehr lesen: Fraunhofer IFF baut Forschungsstandort aus

  • KIT forscht an 6G-Technologien

    KIT forscht an 6G-Technologien

    Ein am KIT in Karlsruhe entwickeltes Konzept soll hohe Datenübertragungsraten bei niedrigen Kosten ermöglichen — für die sechste Generation des Mobilfunks. Dabei haben die Forscher die bislang höchste Datenrate in…

    mehr lesen: KIT forscht an 6G-Technologien

  • Industrie erwartet Produktionsplus

    Industrie erwartet Produktionsplus

    Die Produktionserwartungen der deutschen Industrie haben sich laut aktuellen Zahlen des Ifo-Instituts leicht verbessert. Im Maschinenbau kletterten die Erwartungen, nach minus 12 Punkten im Juli, wieder in den positiven Bereich.

    mehr lesen: Industrie erwartet Produktionsplus

  • Expleo bezieht neues Technologiezentrum

    Expleo bezieht neues Technologiezentrum

    Anfang August hat Expleo sein neues Technologiezentrum bezogen. Dort sollen zukünftig Software- und Elektroniksysteme für automobile Anwendungen entwickelt werden.

    mehr lesen: Expleo bezieht neues Technologiezentrum

  • Neues Vorstandsmitglied beim VDMA Robotik + Automation

    Neues Vorstandsmitglied beim VDMA Robotik + Automation

    Der VDMA Fachverband Robotik + Automation hat mit Ralf Winkelmann ein neues Vorstandsmitglied berufen.

    mehr lesen: Neues Vorstandsmitglied beim VDMA Robotik + Automation

  • Unternehmen erwarten exponentielles Datenwachstum

    Unternehmen erwarten exponentielles Datenwachstum

    Die Menge an Daten wird in den nächsten Jahren weiter zunehmen. Wie gut Unternehmen darauf vorbereitet sind und welche Hindernisse durch Dark Data entstehen, zeigt eine aktuelle Studie von Splunk.

    mehr lesen: Unternehmen erwarten exponentielles Datenwachstum

  • Auftragsrückgang schwächt sich ab

    Auftragsrückgang schwächt sich ab

    Die Auftragseingänge im Maschinen- und Anlagenbau sind auch im Juli prozentual zweistellig gesunken, allerdings hat sich der Rückgang im Vergleich zu den Vormonaten abgeschwächt.

    mehr lesen: Auftragsrückgang schwächt sich ab