NeuroSys

Neuromorphe Hardware als Basis für technologische Unabhängigkeit bei künstlicher Intelligenz

Der Zukunftscluster-Finalist NeuroSys sieht seine Aufgabe in der Entwicklung einer eigenen technologischen Vision der künstlichen Intelligenz in Deutschland, um in Wirtschaft, Sicherheit und Ethik an der Spitze zu bleiben. Hierzu möchten die Akteure ein wettbewerbsfähiges wissenschaftliches und wirtschaftliches Ökosystem im Großraum Aachen schaffen.

Die KI wird durch ein Netzwerk von Punkten mit der Form eines Gehirns dargestellt. Diese neuromorphe Form geht aus der schematischen Darstellung eines Chips hervor. Als Hintergrund: ein
Künstlerische Interpretation zukünftiger künstlicher Intelligenz, die aus innovativer Hardware entsteht. Quelle: © AMO GmbH

Was macht den Zukunftscluster-Finalisten aus?

Mit der Erforschung künstlicher neuronaler Netze geht NeuroSys neue Wege in der Erschaffung von Rechnerarchitekturen, die in verschiedensten Anwendungsbereichen eingesetzt werden können, darunter Autonomes Fahren, Autonome/Lernende Systeme, Personalisierte Medizin, Sprachtechnologie und Energie. Neuromorphe Hardwarekomponenten sind den hochgradig vernetzten Neuronen und Synapsen des menschlichen Gehirns nachempfunden und können künstlich geschaffene neuronale Netze bilden. Hier sind Logik und Speicher nicht mehr voneinander getrennt. So wird eine massive Parallelisierung ermöglicht und damit der energieintensive und zeitaufwendige Datentransfer in heutigen Computern vermieden. Neuronale Netze werden im Bereich Künstliche Intelligenz (KI) z. B. für die Bild- oder Spracherkennung genutzt, die dadurch deutlich schneller werden.

Welche Vorteile bringt der Ansatz für den Innovationsstandort Deutschland?

Die Erforschung lernfähiger und energieeffizienter neuromorpher KI-Chips wird eine intelligente und ressourcenschonende Vor-Ort-Datenverarbeitung erlauben und damit eine wesentliche Voraussetzung schaffen für zukünftige Arbeitsweisen, Smart-City-Konzepte sowie das Internet of Things. Gleichzeitig werden entscheidende Beiträge vom Autonomen Fahren über Lernende Systemen bis hin zu Personalisierter Medizin geliefert.

Warum „Zukunftscluster-Finalist“?

In der 1. Wettbewerbsrunde wurden 16 Zukunftscluster-Finalisten ausgewählt, die in der Konzeptionsphase eine Clusterstrategie entwickeln sollen. Ende Januar 2021 wird eine unabhängige Jury dem BMBF bis zu sieben Finalisten zur weiteren Förderung empfehlen. Diese ausgewählten Finalisten dürfen dann den Titel „Zukunftscluster“ tragen.

Weitere Hintergrundinformationen zu NeuroSys

Mit den folgenden Texten stellt sich Ihnen der Zukunftscluster-Finalist NeuroSys vor.

Das Ziel von NeuroSys ist es, die Region Aachen als weltweit führenden Standort für Forschung, Entwicklung und Innovation in neuromorpher Hardware für Künstliche Intelligenz (KI) zu etablieren. Dafür werden in der Region alle Kompetenzen und Infrastrukturen gebündelt, die für die Entwicklung zukünftiger europäischer KI-Hardware benötigt werden. Die langfristige Vision ist die technologische Unabhängigkeit Europas in diesem ethisch und wirtschaftlich sensiblen Bereich.

KI dominiert als Software bereits Bereiche wie Computer Vision und Sprachverarbeitung. Allerdings werden innovative neue Hardware-Konzepte gebraucht, um Anwendungen wie autonomes Fahren, personalisierte Gesundheitsversorgung, intelligente Städte, das Internet der Dinge und Wirtschaft 4.0 effizient realisieren zu können. Herkömmliche Computerhardware stößt bei KI Anwendungen zunehmend an inhärente Grenzen der Energieeffizienz. NeuroSys überwindet diese Grenzen durch die Entwicklung von neuro-inspirierter Hardware, um einen Sprung in der Energieeffizienz zu ermöglichen.

Im Zukunftscluster-Finalisten NeuroSys trifft ein breites Spektrum von Fachwissen zusammen: Physik, Material- und Neurowissenschaften, Ingenieurswesen und Informatik decken die technischen Fragestellungen ab, zusammen mit den Wirtschaftswissenschaften kreieren sie Innovationen, während Experten aus Ethik und Soziologie die Brücke in die Gesellschaft und die Politik schlagen. Die RWTH Aachen als Keimzelle arbeitet dabei mit dem Forschungszentrum Jülich, einem Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, und einem Institut der Johannes-Rau-Forschungsgemeinschaft, der AMO gGmbH, eng zusammen. Weitere Unternehmen sollen den Cluster perspektivisch ergänzen.

Die Vision des Zukunftscluster-Finalisten NeuroSys baut auf exzellenter Grundlagenforschung der beteiligten Partner in drei technologischen Säulen auf: Materialien, elektronische Bauelemente und neuromorphes Rechnen. Internationale Sichtbarkeit erlangten die Partner dank exzellenter grundlegender Ergebnisse auf den Gebieten der Phasenwechselmaterialien und resistivem Speicher (DFG Sonderforschungsbereich 917 „NanoSwitches“), sowie dem Bereich „Graphen und 2D-Materialien“ mit mehreren zugehörigen ERC Grants.

Zweitens wird die Expertise der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der RWTH Aachen im Schaltungs- und Systementwurf eingebracht, insbesondere in der Entwicklung von Werkzeugen und Methoden für das Co-Design von Hard- und Software - ein Know-how, welches entscheidend sein wird, um die Möglichkeiten der neuen neuromorphen Bauelemente zu testen und bestmöglich zu nutzen. NeuroSys deckt Digital-, Analog- und photonisches Design ab, einschließlich einem ERC Grant.

Drittens existieren exzellente Ergebnisse der RWTH Forscher aus den Bereichen Computer Vision, Verarbeitung natürlicher Sprache und medizinischer Informationstechnologie, einschließlich der Entwicklung und Anwendung der KI für die persönliche Gesundheitsversorgung. Auch in diesem Bereich sind mehrere ERC Grant Halter beteiligt.

Übergreifend baut NeuroSys auf die Expertise des Humantechnologiezentrum der RWTH Aachen, welches zu den ethischen Aspekten der künstlichen Intelligenz, inklusive Autonomie und Verantwortung forscht. RWTH REVIERa und RWTH Innovation befassen sich mit Strukturwandel, Technologietransfer und Ausgründungen.

Die Hauptaufgabe der Konzeptionsphase ist die Ausarbeitung des Zukunftsclusterkonzepts und dessen Verankerung in der regionalen Forschungs- und Entwicklungslandschaft. Weiterhin werden in dieser Phase Synergien zwischen den Forschungsgruppen herausgearbeitet, um zu einer klaren Definition von Forschungsprojekten i zu kommen. Dazu wurde ein Team gebildet, welches neben den Zuwendungsempfängern auch Mitarbeitende des Forschungszentrums Jülich enthält.

Intensive Gespräche mit der RWTH Innovation GmbH und der Wirtschaftsförderung Aachen adressieren Aspekte der Start-Up Förderung sowie der Einbindung der regionalen Wirtschaft bzw. der Ansiedlung neuer Unternehmen. Mit REVIERa, der Transformationsplattform der RWTH zum Wandel im Rheinischen Revier, werden gesellschaftliche Fragestellungen in das Clusterkonzept integriert und Synergien des Zukunftsclusters mit dem anstehenden Strukturwandel erarbeitet. Ein entscheidender Aspekt ist die direkte Beteiligung von Unternehmen am Zukunftscluster-Finalisten. Hierzu sind zahlreiche bilaterale Gespräche vorgesehen.

Auf einen Blick:

  • Projektlaufzeit: 01.05.2020 bis 31.10.2020
  • Zuwendung des Verbundes: 158.273,38 € (inkl. Projektpauschale)
  • Zuwendungsempfänger: RWTH Aachen University; AMO GmbH
  • Weitere Partner: Forschungszentrum -Jülich; RWTH Innovation GmbH; REVIERa Team der RWTH Aachen (Teil der Exzellenzinitiative); Wirtschaftsförderung der Stadt Aachen

Alle im Handlungsfeld I der Strategie genannten gesellschaftlichen Herausforderungen werden massiv durch den Einsatz der Mikroelektronik und hierbei stark zunehmend durch Verwendung von KI geprägt. Dieses wird nachhaltig und zum Wohle der Gesellschaft aber nur gelingen, wenn eine energieeffiziente dedizierte Hardware vorhanden ist, die nach ethisch klar definierten Regeln funktioniert und den Bürgern höchste (Daten-)Sicherheit bietet, sei es als Patient, Anwohner, Arbeitnehmer, Verkehrsteilnehmer, etc.

Die sich derzeit andeutende KI-Revolution muss dabei als Chance verstanden werden, sich auf diesem neuen Feld nicht länger auf extrakontinentale Konzerne zu verlassen, sondern Wissen, geistiges Eigentum und Produktion nach Europa zurück zu holen. Zu diesem langfristigen Ziel der technologischen Unabhängigkeit plant der Zukunftscluster-Finalist NeuroSys einen entscheidenden Impuls geben und damit zu Handlungsfeld II beitragen. Die Standort Region Aachen steht auf Grund der Energiewende gerade vor der enormen Herausforderung des Strukturwandels, sodass NeuroSys Fachkräfte für die lokale Veränderung ausbilden kann.

Alle beteiligten Partner sind Teil der Aachener Innovationskultur. Damit ist Handlungsfeld III bereits jetzt ein Teil der DNA von NeuroSys. RWTH Innovation und der in Planung befindliche Digital Hardware Hub Aachen bieten Anlaufstellen für Spin-Offs und Gründer. Als „Euregio“ ist Aachen engst in Europa verwurzelt, im wissenschaftlich-technischen Bereich durch zahlreiche EU Kooperationsprojekte mit regionalen Partnern, nicht zuletzt in den EU-Flagship-Projekten „Graphene“ und „Human Brain Project“.