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Megacomputer versus Mensch: Elektronengehirn aus einer Million Prozessoren wurde aktiviert

14. November 2018 | Allgemein | connectiv.events

Er soll eine Milliarde menschlicher Gehirnneuronen simulieren können:  Forscher nahmen erstmals den weltweit größten, neuromorphen Supercomputer in Betrieb, um Prozesse nachzustellen, wie sie im menschlichen Gehirn ständig geschehen. – und das nach 20 Jahren der Entwicklung.

Der „SpiNNaker“-Kern – eine neuartige Coputer-Architektur, die sich an der Arbeit des menschlichen Gehirns orientiert – erlaubt einer Million Prozessoren die Durchführung von satten 200 Millionen Aktionen pro Sekunde. Gefördert vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) und gestützt durch das Human Brain Project ist das der größte neuromorphe (wie Nervenzellen operierende) Supercomputer der Welt. Er ist damit in der Lage, mehr als 200 Milliarden Aktionen pro Sekunde durchzuführen. Dieser Erfolg wurde durch die Unterstützung mit 15 Millionen Pfund, einer 20-jährigen Konzeptionsphase und mehr als zehn Jahre Bauzeit möglich. Mit dem Bau an der School of Computer der University of Manchester wurde schon 2006 begonnen.

 

 

 

Transcomputerismus? Ein Rechner imitiert das Menschenhirn

Die SpiNNaker-Maschine kann weit mehr biologische Neuronen in Echtzeit modellieren als jede andere Maschine der Welt. Richtige Neuronen sind die grundlegenden Zellen des Gehirns, die mit elektrischen „Spikes“ miteinander kommunizieren (was man grob mit dem EEG messen kann). Mit neuromorphen Computern will man dieses Verhalten nicht etwa mathematisch abbilden, sondern möglichst nahe am Original simulieren. Bei SpiNNaker werden also nicht wie bei einem PC große Mengen an Informationen rechnerisch verarbeitet. Stattdessen wird die stark parallele Kommunikationsarchitektur des Gehirns imitiert. Milliarden kleiner Informationen werden hier gleichzeitig an Tausende unterschiedliche Ziele übertragen. Sie ähnelt daher auf der Funktionsebene eher einem biologischen Gehirn als einem normalen Computer.

Mehr als 17 Millionen Euro sollen laut einem Bericht der University of Manchester in den vergangenen Jahren in die Konzeption und Umsetzung von SpiNNaker (Spiking Neural Network Architecture) geflossen sein. Das hochkomplexe System soll Prozesse des menschlichen Gehirns simulieren und wurde entsprechend neuromorph ausgerichtet.

Der Begriff „neuromorph“ beschreibt grundsätzlich VLSI-Systeme (Very-Large-Scale-Integration-Systeme), die über Schaltkreise ähnlich den neurologischen Strukturen des Gehirns verfügen. Mit rund einer Million Prozessoren ist SpiNNaker der größte seiner Art und könnte die Forschung – für Neurologen ebenso wie Robotiker – enorm vorantreiben.

 

 

 

Kein Rechner wie alle anderen

Steve Furber, Professor für Computertechnik, der die ursprüngliche Idee für einen solchen Computer entwickelte, sagte: „SpiNNaker überdenkt die Funktionsweise herkömmlicher Computer völlig neu. Wir haben im Wesentlichen eine Maschine entwickelt, die viel eher wie ein Gehirn arbeitet als ein herkömmlicher Computer. Und das ist sehr aufregend!“ Die „Schöpfer“ des Computers zielen darauf ab, bis zu einer Milliarde biologischer Neuronen in Echtzeit zu modellieren und sind diesem Ziel nun einen Schritt näher gekommen. Um eine Vorstellung von der Größe zu vermitteln: ein Mäusehirn besteht aus etwa 100 Millionen Neuronen, und das menschliche Gehirn besitzt 100.000-mal mehr Neuronen als eine Maus.

Eine Milliarde Neuronen sind 1% der Skala des menschlichen Gehirns, das aus knapp 100 Milliarden Gehirnzellen oder Neuronen besteht, die alle über ungefähr 1 Quadrillion (das heißt 1 mit 15 Nullen) Synapsen dicht miteinander vernetzt sind. Also, was soll ein Millionenkernprozessorcomputer, der die Funktionsweise eines Gehirns nachahmt? Eine der grundlegenden Anwendungen ist es, Neurowissenschaftlern dabei zu helfen, die Funktionsweise unseres eigenen Gehirns besser zu verstehen. Dazu werden Echtzeit-Simulationen in großem Maßstab durchgeführt, die auf anderen Maschinen einfach nicht möglich sind.

 

 

 

SpiNNaker gibt Einblicke in unsere eigene „Denkmaschine“

Zum Beispiel wurde SpiNNaker verwendet, um Echtzeitverarbeitung in einer Reihe isolierter Gehirnnetzwerke zu simulieren. Dazu gehört ein 80.000-Neuronenmodell eines Kortex-Segments, der äußeren Schicht des Gehirns, die Informationen von den Sinnen empfängt und verarbeitet. SpiNNaker hat auch eine Region des Gehirns simuliert, die als „Basalganglien“ bezeichnet wird – eine Region, die bei Parkinsonkranken betroffen ist. Das bedeutet, dass Versuche in einem „Basalganglien-Computer“ ein enormes Potenzial für neurologische Durchbrüche in der Wissenschaft hat, beispielsweise für pharmazeutische Tests.

Die Möglichkeiten von SpiNNaker wurden vor kurzem sogar zur Steuerung eines Roboters, des SpOmnibot, genutzt . Dieser Roboter verwendet das SpiNNaker-System, um visuelle Echtzeitinformationen zu interpretieren und zu bestimmten Objekten zu navigieren, während andere ignoriert werden.

Prof. Furber fügte hinzu: „Neurowissenschaftler können jetzt mithilfe von SpiNNaker einige der Geheimnisse der Funktionsweise des menschlichen Gehirns durch Simulationen von beispiellos großem Umfang entschlüsseln. SpiNNaker funktioniert auch als neuronaler Echtzeitsimulator, der es Robotikern ermöglicht, neuronale Netzwerke in großem Maßstab in mobile Roboter zu integrieren, sodass sie flexibel und mit geringem Leistungsbedarf gehen, sprechen und sich bewegen können.“

 

Bildquelle: University of Manchester

 

 

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