Innatera: Spiking-Neural-Network-Chip für das „Extreme Edge“

Autor: Michael Eckstein

Mehr KI für das Randgeschehen: Mit einer nach eigenen Angaben neuartigen, vom menschlichen Gehirn inspirierten Prozessorarchitektur will das Start-Up Innatera den Markt für das „Extreme Edge“ aufmischen. 5 Mio. Euro Venture-Kapital sollen beim Start helfen.

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Stoßrichtung "Extreme Edge": Die Gründer von Innatera wollen mit ihren SNN-Chip-Lösungen für intelligente Datenverarbeitung bis zu den Sensoren im Edge vordringen.
Stoßrichtung "Extreme Edge": Die Gründer von Innatera wollen mit ihren SNN-Chip-Lösungen für intelligente Datenverarbeitung bis zu den Sensoren im Edge vordringen.
(Bild: Innatera)

KI wird mehr und mehr zu einer Randerscheinung – im positiven Sinne: Intelligente Datenverarbeitung dringt immer weiter in den Edge-Bereich vor – bis hin zu den Sensoren, die erfasste physikalische Umgebungsgrößen in digitale Daten wandeln. Der Markt wächst rasant, und viele Unternehmen arbeiten an innovativen Lösungen für diesen Bereich.

Wenn es um Superlative geht, ist das niederländische Start-Up Innatera Nanosystems, ein Spin-off der renommierten Technischen Universität Delft, ganz vorne dabei: Der neuromorphe KI-Chip von Innatera ahme mit seiner „revolutionären, vom Gehirn inspirierten Verarbeitungstechnologie“ die Mechanismen des menschlichen Denkorgans für die Mustererkennung nach. Laut Innatera erreicht der Chip damit eine 10.000-mal höhere Performance pro Watt als herkömmliche Mikroprozessoren und digitale KI-Beschleuniger. So gerüstet könne er Sensordaten 100-mal schneller und mit bis zu 500-mal weniger Energie verarbeiten.

Diese „radikalen Effizienz- und Leistungssteigerungen“ würden das Einbetten von KI-Funktionen beispielsweise in Sensoren und sensorbasierte Geräte ermöglichen – Innatera spricht hier von „KI für das Extreme Edge“. Denkbare Anwendungen wären die Sprachverarbeitung in Mensch-Maschine-Schnittstellen, Vitalitätsüberwachung in tragbaren Geräten, Zielerkennung in Radar- und Lidargeräten und Fehlererkennung in Industrie- und Automobilausrüstung.

5 Mio. Euro Starthilfe – jetzt muss Innatera liefern

Dass hinter den Ankündigungen auch Substanz steckt, will das junge Unternehmen nun beweisen. Helfen soll dabei eine Anschubfinanzierung in Höhe von 5 Mio. Euro, die das Team um Dr. Amir Zjajo (CSO), Dr. Rene van Leuken (Chief Advisor), Dr. Sumeet Kumar (CEO) und Uma Mahesh (COO) jetzt erfolgreich eingeworben haben. Die Investition soll es dem Unternehmen ermöglichen, seine „F&E-Anstrengungen zu verstärken und die Produktentwicklung zu beschleunigen, um die Kundenverpflichtungen bis 2021 zu erfüllen“.

Der neuromorphe Prozessorchip von Innatera unterscheidet sich nach eigenen Angaben „radikal von den traditionellen KI-Chips der Konkurrenz“ und verändere grundlegend die Art und Weise, wie Sensordaten verarbeitet werden. Die Technologie beruht auf einer neuen Art von Analog-Mixed-Signal-Computerschaltungen, die das Verhalten der grundlegenden Bausteine des Gehirns – pulsartig aktiven Neuronen und Synapsen – nachbilden. Daher spricht man hier auch von „Spiking Neural Networks“, kurz SNN. Innatera entwickelt auch eine Reihe von proprietären Algorithmen und eine umfangreiche Software-Toolchain, um das volle Potenzial seines neuromorphen Siliziums auszuschöpfen.

„Spiking Neural Networks“ – auch andere Akteure forschen daran

Neuronale Netze, die mit Spiking Neuronen aufgebaut sind, arbeiten zeitlich sehr präzise. Dadurch können sie um den Faktor 10x bis 100x kompakter sein als herkömmliche künstliche neuronale Netze – besonders bei Anwendungen, die Daten mit umfangreichen räumlichen und zeitlichen Korrelationen beinhalten. Mit seiner eigenen Architektur will Innatera eine „beispiellose Kombination aus extrem niedriger Leistung und ultrakurzer Erkennungslatenz mit einer bis zu 10.000-mal höheren Leistung pro Watt als typische digitale Prozessoren und herkömmliche KI-Beschleuniger“ erreichen.

Ganz neu ist der SNN-Ansatz allerdings nicht, tatsächlich gibt es einige Akteure, die daran forschen und bereits konkrete Produkte vorweisen können. Einer davon ist Brainchip: Bereits im Herbst 2018 hatte das Unternehmen angekündigt, eine gepulste neuronale Netzwerk-Architektur in Serie auf den Markt bringen zu wollen: den neuromorphen System-on-Chip-Baustein (NSoC) Akida.

Die von Brainchip für seine Akida-Chips angeführten Vorteile ähneln den Aussagen von Innatera. Auch Intel hat bereits 2017 SNN-Chips vorgestellt (Loihi), ebenso forscht das belgische imec daran.

Edge-KI: Enormer Wachstumsmarkt vor Augen

Fakt ist: Der Intelligent-Edge-Markt boomt. Edge-Computing gewinnt zunehmend an Zugkraft in Bereichen wie Unterhaltungselektronik, IoT, industrielle Automatisierung und Automobilbau. IDC prognostiziert, dass der Markt für Edge-KI-Prozessoren bis 2023 ein Umsatzvolumen von 40 Mrd. US-$ erreichen wird, bei einem CAGR-Wachstum von über 85%. Ein wichtiger Grund ist, dass Anbieter aufgrund von Anforderungen an geringere Latenzzeiten, Einschränkungen bei den Kommunikationskosten und Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes mehr KI-getriebene Funktionalitäten näher an Sensoren integrieren wollen.

Die Auguren erwarten, dass ein erheblicher Teil des prognostizierten Wachstums in diesem Bereich von Anwendungen mit ständig eingeschalteter Sensorik stammt, die eine kontinuierliche Überwachung der Sensordaten beinhalten und daher energieeffiziente Prozessorchips benötigen direkt im Gerät sitzen. Innatera ist überzeugt, dass andere KI-Beschleuniger dafür nicht ausreichen – und herkömmliche Prozessoren schon gar nicht.

Bessere KI für batteriebetriebene Geräte

Bei Innatera ist man überzeugt, eine disruptive Lösung für diese Anforderungen entwickeln zu können: „Innatera erfindet die Verarbeitung für Sensoren neu, indem wir die Energieeffizienz von neuromorphem Silizium mit Analog-Mixed-Signal-Verarbeitung mit den Leistungsgewinnen echter Spiking-Algorithmen für neuronale Netzwerke in einer einzigen integrierten Rechenlösung kombinieren“, sagt CEO Kumar. „Die wirkungsvollsten sensorgesteuerten Anwendungen werden heutzutage durch die Effizienz und Geschwindigkeit des Prozessors begrenzt, und dies gilt umso mehr in kleinen, batteriebetriebenen Geräten als irgendwo sonst.“

Innatera hat mit einer Reihe großer internationaler Namen bei Anwendungen zusammengearbeitet, die seiner Meinung nach das Spiel verändern werden. Das Unternehmen erwartet, dass diese Entwicklungen in den nächsten Jahren auf den Verbraucher-, Industrie- und Automobilmärkten auftauchen werden.

Investitionsrunde von München aus gesteuert

Die 5-Millionen-Euro-Seed-Investitionsrunde wurde von den in München ansässigen Deep-Tech-Investoren MIG Verwaltungs AG und dem Industrial Technologies Fund of btov geleitet. Laut Dr. Christian Reitberger, Partner bei btov, „hebt sich Innatera von der Vielzahl der KI-Beschleunigerunternehmen ab, indem es sich auf das Extreme Edge konzentriert – sensorische Datenverarbeitung im Feld“.

Die Umsetzung der vom menschlichen Gehirn inspirierten Designprinzipien in hochmoderne Analog-Mixed-Signal-Lösungen eröffne einen Leistungsbereich, der für konventionellere Lösungen nicht zugänglich ist. Dr. Sören Hein, Partner bei MIG, fügt hinzu: "Wir waren besonders beeindruckt von dem Team, das profunde akademische Qualifikationen mit praktischer Industrieerfahrung bei führenden Halbleiterunternehmen verbindet. Sie erkannten schon früh die grundlegende Bedeutung von Algorithmen und Software, um das Marktpotenzial von SNN-Chips zu erschließen.“

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