SPINNAKER2: TU DRESDEN, UNIVERSITY OF MANCHESTER UND GLOBALFOUNDRIES GELINGT DURCHBRUCH BEI KI-CLOUD-SYSTEMEN

Die Tech­ni­sche Uni­ver­si­tät Dres­den, die Uni­ver­si­ty of Man­ches­ter, die Racyics GmbH und Glo­bal­found­ries (GF) gaben heu­te das so genann­te Tape­out des SpiNNa­ker2-Chips bekannt – eines neu­en Chips für künst­li­che Intel­li­genz, der vom mensch­li­chen Gehirn inspi­riert ist.

Basie­rend auf der von der Uni­ver­si­tät Man­ches­ter ent­wi­ckel­ten SpiNNa­ker-Infra­struk­tur, der an der TU Dres­den rea­li­sier­ten hybri­den KI-Archi­tek­tur, der adap­ti­ven Body-Bias-IP-Platt­form ABX von Racyics und unter Ver­wen­dung der 22F­DX-Lösung von Glo­bal­found­ries ist SpiNNaker2 ein neu­ro­mor­pher KI-Echt­zeit­pro­zes­sor mit bei­spiel­lo­ser Effi­zi­enz und einer Latenz­zeit von unter einer Mil­li­se­kun­de für ereig­nis­ba­sier­te Sys­te­me entstanden.

SpiNNaker2 ist unter Echt­zeit­be­trieb für eine Ska­lie­rung bis zu einem Cloud-Sys­tem mit 70.000 Chips aus­ge­legt und damit ein Schlüs­sel­bau­stein für Echt­zeit-KI bei extrem hohen Daten­ra­ten. SpiNNaker2 wird einen dis­rup­ti­ven Ein­fluss auf KI-Anwen­dun­gen wie Smart Cities, 5G, tak­ti­les Inter­net und auto­no­mes Fah­ren haben, weil kei­ne ande­re aktu­el­le Hard­ware die gleich­zei­ti­gen Anfor­de­run­gen an nied­ri­ge Latenz, hohen Durch­satz und Ener­gie­ef­fi­zi­enz abdeckt. Die kom­plet­te 10-Mil­lio­nen-Pro­zes­sor-Maschi­ne SpiNNaker2, genannt „SpiNN­cloud“, wird an der TU Dres­den zu For­schungs­zwe­cken ein­ge­setzt. Par­al­lel dazu will das Start­up „SpiNN­cloud Sys­tems GmbH“ SpiNNaker2 kom­mer­zi­ell ver­füg­bar machen. 

Künst­li­che Intel­li­genz hat einen immer grö­ße­ren Ein­fluss auf unser täg­li­ches Leben. Aktu­el­le KI-Hard­ware und ‑Algo­rith­men sind jedoch nur teil­wei­se vom mensch­li­chen Gehirn inspi­riert. Selbst die bes­te KI-Hard­ware ist der­zeit noch weit von dem 20-Watt-Strom­ver­brauch, der gerin­gen Latenz­zeit und der bei­spiel­lo­sen Ver­ar­bei­tungs­leis­tung mit hohem Durch­satz ent­fernt, die das mensch­li­che Gehirn bietet.

SpiNNaker2 ist ein Mul­ti­pro­zes­sor­sys­tem für die ereig­nis­ba­sier­te Echt­zeit­ver­ar­bei­tung sowohl klas­si­scher KI als auch künf­ti­ger ereig­nis­ba­sier­ter Berech­nungs­pa­ra­dig­men, die von der ganz­heit­lich Effi­zi­enz-opti­mier­ten und bedarfs­ori­en­tier­ten Ver­ar­bei­tung des Gehirns inspi­riert sind. SpiNNaker2 wur­de im Rah­men des EU For­schungs­pro­jekts „Human Brain Pro­ject“ ent­wi­ckelt. Das Rück­grat des Sys­tems bil­det eine maß­ge­schnei­der­te, leicht­ge­wich­ti­ge Kom­mu­ni­ka­ti­ons­in­fra­struk­tur, die von Edge-Gerä­ten bis hin zu gro­ßen Ser­ver-Cloud-Anwen­dun­gen ska­liert wer­den kann, ohne die inhä­ren­te Ver­lang­sa­mung zu erlei­den, die nor­ma­ler­wei­se bei der Ska­lie­rung von Berech­nun­gen auf Cloud-Grö­ße auftritt.

Prof. Ste­ve Fur­ber (Uni­ver­si­ty of Man­ches­ter): “Wenn wir in Zukunft das vol­le Poten­zi­al von KI aus­schöp­fen wol­len, gibt es noch viel von der Bio­lo­gie zu ler­nen. SpiNNaker2 wur­de ent­wi­ckelt, um die Kluft zwi­schen rea­lis­ti­schen Gehirn­mo­del­len und KI zu über­brü­cken, so dass bei­de zuneh­mend von­ein­an­der pro­fi­tie­ren können.” 

Mit dem SpiNNa­ker2-Chip soll an der TU Dres­den eine SpiNN­cloud mit 70.000 Chips und 10 Mil­lio­nen Ker­nen auf­ge­baut wer­den, die mit loka­len Initia­ti­ven wie dem Exzel­lenz­clus­ter CeTI sowie wei­te­ren natio­na­len und inter­na­tio­na­len Part­nern Anwen­dun­gen erfor­schen soll, die vom auto­no­men Fah­ren über die Daten­ver­ar­bei­tung in Echt­zeit in einer Smart City, tak­ti­len Inter­net­an­wen­dun­gen bis hin zur bio­me­di­zi­ni­schen Ver­ar­bei­tung reichen.

Unser ganz­heit­li­ches, spar­sam­keits­op­ti­mier­tes Sys­tem­de­sign, kom­bi­niert mit einem ein­zig­ar­ti­gen hybri­den KI-Frame­work, ermög­licht Echt­zeit-KI in einem noch nie dage­we­se­nen Aus­maß. Wir wer­den mit der SpiNNa­ker2-Maschi­ne an der TU Dres­den Spit­zen­for­schung zu neu­ar­ti­gem maschi­nel­lem Ler­nen betrei­ben, sind aber auch stolz dar­auf, die­se ein­zig­ar­ti­ge KI über unser Start­up SpiNN­cloud Sys­tems kom­mer­zi­ell anbie­ten zu kön­nen”, erklärt Prof. Chris­ti­an Mayr, Inha­ber der Pro­fes­sur für Hoch­par­al­le­le VLSI-Sys­te­me und Neu­ro­mi­kro­elek­tro­nik an der Fakul­tät Elek­tro­tech­nik und Infor­ma­ti­ons­tech­nik an der TU Dresden.

SpiNNaker2 wur­de im 22FDX Eco­sys­tem unter Ver­wen­dung der Adap­ti­ve Body Bia­sing IP-Platt­form (ABX) der Racyics GmbH rea­li­siert, um das vol­le Poten­zi­al von 22FDX zu nut­zen. Die­se IP-Platt­form ermög­licht SpiNNaker2 den Betrieb am mini­ma­len Ener­gie­punkt der Ver­ar­bei­tungs­ein­hei­ten bei 0,50 V mit zusätz­li­cher Unter­stüt­zung von dyna­mi­scher Span­nungs- und Fre­quenz­ska­lie­rung für hohe Leis­tung bei Bedarf. Damit nutzt SpiNNaker2 die fort­schritt­li­chen Strom­spar­ei­gen­schaf­ten von 22FDX, der Flagship-Tech­no­lo­gie von Glo­bal­found­ries Dres­den. Das kom­plet­te Chip­de­sign wur­de vom Team der TU Dres­den unter Ver­wen­dung von mak­e­Chip durch­ge­führt, einer Design­um­ge­bung für 22FDX, die von Racyics ange­bo­ten wird. Die­ser Ansatz war für die aka­de­mi­sche Grup­pe ent­schei­dend, um die soge­nann­te Lab-to-Fab-Lücke zu schlie­ßen und ein sehr kom­ple­xes Sys­tem-on-Chip für die Seri­en­pro­duk­ti­on erfolg­reich zu realisieren.

22FDX, die 22nm FD-SOI Halb­lei­ter­tech­no­lo­gie von GF, mit ihrer Stand­by Leis­tung auf Welt­re­kord­ni­veau, nied­ri­gen Kos­ten und opti­mier­tem Tran­sis­tor­ver­hal­ten, erweist sich als die idea­le Basis für Cut­ting-Edge Arti­fi­cial Intel­li­gence. Der auf 22FDX basie­ren­de SpiNNaker2 Chip zeigt die Syn­er­gien, die mög­lich sind, wenn euro­päi­sche Cut­ting-Edge KI-For­schung auf euro­päi­sche Halb­lei­ter­tech­no­lo­gie trifft: Erst­mals wird die bestehen­de Lücke zwi­schen rein auf nume­ri­sche Per­for­mance opti­mier­te KI und ech­ter Gehirn-inspi­rier­ter KI geschlossen.

Als welt­weit füh­ren­de Spe­zi­al-Found­ry ermög­licht Glo­bal­found­ries Welt­klas­se-Teams, kom­mer­zi­el­le Durch­brü­che zu erzie­len. SpiNNaker2 ist ein greif­ba­rer Beweis für die her­aus­ra­gen­de Leis­tung, die durch die Kom­bi­na­ti­on der neu­es­ten Fort­schrit­te in gehirn­in­spi­rier­ter künst­li­cher Intel­li­genz und unse­rer hoch­leis­tungs­fä­hi­gen 22F­DX-Tech­no­lo­gie erreicht wird”, sagt Dr. Man­fred Horst­mann, Lei­ter von Glo­bal­found­ries Dresden.

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