Das UIB entwickelt einen revolutionären KI-Chip mit minimalem Stromverbrauch

PalmeEin Forscherteam der Gruppe für Elektronikentwicklung (GEE) am Institut für Künstliche Intelligenz (IAIB) der Balearen hat einen bedeutenden Durchbruch im Bereich der intelligenten Hochleistungsverarbeitung erzielt. Die Gruppe entwickelte und fertigte einen Chip mit einer innovativen KI-Architektur, der speziell für energiekritische Umgebungen wie IoT-Geräte und Edge-Computing-Systeme konzipiert ist. Der Chip nutzt stochastisches Rechnen zur Implementierung eines morphologischen neuronalen Netzes. Diese Technik ermöglicht eine hohe Parallelisierung innerhalb des Schaltkreises und steigert die Energieeffizienz deutlich. „Die im Chip verwendete probabilistische Codierung ähnelt der Funktionsweise von Neuronen in unserem Gehirn bei der Kommunikation untereinander. Dies ist der Schlüssel zur hohen Energieeffizienz“, erklärt Josep Lluís Rosselló, Projektleiter.

Trotz der begrenzten Präzision grundlegender Operationen, die dem stochastischen Rechnen inhärent sind, bleibt die Gesamtgenauigkeit praktisch unbeeinträchtigt, wenn Hunderttausende dieser Operationen verkettet werden, um ein Endergebnis zu erzielen – beispielsweise die Erkennung eines Bildes oder Tons –, da sich Zwischenungenauigkeiten selbst korrigieren. Diese probabilistische Natur ermöglicht es, die Versorgungsspannung des Chips unter die üblichen Grenzen digitaler Schaltungen zu senken.

An der Spitze

Der in 180-nm-CMOS-Technologie gefertigte und mit 0,81 Volt betriebene Chip wurde anhand der MNIST-Datenbank mit 70.000 handgeschriebenen Ziffernbildern getestet. Die Ergebnisse sind verblüffend: Er erreicht eine Energieeffizienz von über 1 TOPS/W bei einem Verbrauch von unter 1 mW und übertrifft damit viele alternative Architekturen, die mit fortschrittlicheren Technologien realisiert wurden. „Dieser Fortschritt ebnet den Weg für eine neue Generation intelligenter Geräte mit minimalem Stromverbrauch und hoher Rechenleistung – essenziell für die Entwicklung des Internets der Dinge“, betont Miquel J. Roca Adrover, Leiter der GEE-Gruppe. Experten zufolge eignet sich diese Architektur ideal für batteriebetriebene Geräte und intelligente Sensoren. Wearables und verteilten Überwachungssystemen. Das Projekt wurde durch die Unterstützung des Programms Innova UIB-PYMES im Rahmen der Ausschreibung Espai Valida ermöglicht, die auf die Weiterentwicklung von F&E-Projekten mit Machbarkeitsnachweis und den Transfer von Forschungsergebnissen auf den Markt abzielt.