Hoe kan de revolutionaire technologie van CogniGron worden ingezet?

Het werk van CogniGron op het gebied van neuromorfisch computergebruik, waaronder de eerste start-up IMChip, heeft de potentie om verschillende industrieën en de samenleving als geheel te transformeren. In het tweede deel van onze serie over het Groningen Cognitive Systems and Materials Center (CogniGron) kijken we naar de toepassingen en de mogelijke maatschappelijke impact van de revolutionaire technologie van CogniGron.

_{Tekst: Maud Brongers / Foto's: Henk Veenstra}

IMChip: bestaande en nieuwe technologieën combineren

Prof. dr. Tamalika Banerjee, hoogleraar Natuurkunde en Spintronics, introduceert IMChip, de eerste start-up in oprichting van CogniGron. De afkorting staat voor In-Memory Chip. In het eerste deel van deze serie legden onderzoekers van CogniGron uit dat traditionele computers de meeste energie gebruiken voor gegevensoverdracht, een probleem dat de geheugenarchitectuur van nature vermijdt. Het doel van IMChip is om neuromorfische hardware radicaal te veranderen door in-memory chips te produceren waarin geheugen en verwerking op dezelfde locatie plaatsvinden.

Deze technologie kan worden toegepast in de autoindustrie, in mobiele telefoons, in de gezondheidszorg, voor beveiliging en in AI. Denk bijvoorbeeld aan medische toepassingen en zelfrijdende auto’s: deze toepassingen zijn afhankelijk van bliksemsnelle beslissingen zonder vertraging. Hierin kan neuromorfisch computergebruik een rol spelen. ‘Neuromorfisch computergebruik heeft een groot voordeel vergeleken met traditionele architecturen’, legt Banerjee uit. ‘Het gaat niet alleen om in-memory-computergebruik, maar ook om communicatie, gegevensbeveiliging en nog veel meer. Deze technologie biedt meer mogelijkheden voor bijvoorbeeld opslag en encryptie.’

Banerjee benadrukt de noodzaak om verschillende materialen te combineren die als een netwerk van neuronen kunnen functioneren, die informatie verzenden en ontvangen, en de tussenliggende synapsen die de informatie doorgeven. Deze aanpak vereist op maat gemaakte oplossingen in plaats van een standaardmodel. Banerjee werkt samen met een team van getalenteerde PhD-studenten: dr. Anouk Goossens, Azminul Jaman en Ishitro Bhaduri. Ze vertelt dat haar team openstaat voor nieuwe mogelijkheden voor toekomstige toepassingen. Banerjee benadrukt dat ze leert van traditionele technologieën en dat ze kennis uit conventionele aanpakken omarmt.

Droomtoepassingen

Dr. Farhad Merchant, assistent professor Innovatieve Computerarchitectuur aan het Bernoulli Instituut van de RUG, werkt ook aan mogelijke toepassingen van neuromorfisch computergebruik. Hij werkt sinds juli dit jaar bij CogniGron. Merchant kan niet wachten om de mogelijkheden voor start-ups te onderzoeken. Hij heeft een passie voor prototyping en op specifieke industrieën gericht onderzoek, dat zijn PhD-studenten waardevolle ervaring kan opleveren. Zijn onderzoek wordt gedreven door zijn wens om concrete technologieën te ontwikkelen. Hij heeft ideeën voor innovatieve toepassingen, zoals beveiligingsdrones die kinderen in de gaten houden en indien nodig de ouders of hulpdiensten waarschuwen, of drones voor de agrarische sector die gewassen in de gaten houden. Een andere interessante mogelijke toepassing is een fiets die gegevens zoals bloeddruk en ademhalingspatronen bijhoudt. Volgens Merchant beloven dit soort verbeteringen niet alleen meer veiligheid en minder energieverbruik, maar ook een kleinere CO₂-voetafdruk.

Twee soorten veiligheid

Merchants onderzoek richt zich op het computergeheugen en hardwarebeveiliging. Voor wat betreft het computergeheugen probeert hij verwerkingen dichter bij het computergeheugen te brengen en de kloof tussen de twee te overbruggen om zo tot minder gegevensbewegingen, efficiënter energieverbruik en betere prestaties te komen. ‘Voor het computergeheugen zijn de doelstellingen vastgelegd’, vertelt Merchant, ‘maar als het om beveiliging gaat, hangt je doelstelling af van aanvalsvectoren, wat betekent dat de maatregelen heel divers zijn.’ De onderzoeker legt uit dat betere beveiliging tegenstrijdig is met de doelstellingen van chipontwerp: voor een betere beveiliging moet je hier en daar compromissen sluiten op het gebied van prestaties en efficiënt energieverbruik.

Merchant beschrijft verder twee soorten beveiliging. Als je chips in de ontwerpfase probeert te beveiligen, heet dit ‘secure by design’. Daarnaast bestaat er ‘design for security’, waarbij je de chips veiliger maakt met behulp van elektronica. Zijn werk is essentieel, aangezien het een basis legt voor veiligere, energiezuinigere en beter presterende computersystemen, die essentieel zijn voor de verdere ontwikkeling van neuromorfische technologie.

Supercomputers en problemen rond big data

Dr. Dirk Pleiter, hoogleraar aan de Faculty of Science and Engineering, legt uit dat supercomputers essentieel zijn voor de verdere ontwikkeling en toepassing van neuromorfische apparaten. Hij werkt sinds oktober dit jaar bij CogniGron en verrijkt het team met zijn expertise op het gebied van high-performance computing (HPC) en computerarchitectuur. HPC maakt gebruik van supercomputers om geavanceerde computerverwerkingsproblemen op te lossen. Deze computers kunnen complexe simulaties creëren op het gebied van bijvoorbeeld weersvoorspelling en klimaatonderzoek en hebben daarvoor veel rekencapaciteit nodig.

Pleiter vergelijkt de supercomputer met een grote groep mensen die samen een huis bouwen: ‘Meer mensen betekent niet automatisch dat er ook sneller wordt gebouwd, want communicatie kost tijd en kan het proces vertragen. Er is ongeveer een microseconde nodig om een bericht van de ene server naar de andere te sturen. Dat lijkt niet veel, maar in computers kunnen zelfs microsecondes een aanzienlijke invloed hebben op de prestaties.’ Dit is een van de factoren waarmee Pleiter rekening houdt in zijn onderzoek naar manieren om snellere computers te bouwen waarin veel berekeningen en processen tegelijkertijd worden uitgevoerd, ook wel parallel computing genoemd.

Pleiters affiniteit met neuromorfisch computergebruik komt voort uit zijn werk aan het Human Brain Project, een van de grootste door de Europese Unie gesteunde onderzoeksprojecten. Dit project onderzocht als eerste big data en het gebruik van supercomputers om gecompliceerde functies van de hersenen te simuleren. Pleiter beschrijft hoe dit project de complicaties benadrukte van het simuleren van de functies van het menselijke brein, waarbij het creëren van realistische modellen van neuronen en synapsen een aanzienlijke uitdaging vormen.

Een nieuw ecosysteem creëren

Het ontwikkelen van de hardware voor een neuromorfische chip of computer is slechts één aspect; het daadwerkelijk lanceren van deze technologie en het integreren van software is een heel andere uitdaging, aldus Pleiter. Zijn doel is om computersystemen gangbaar te maken en ze zo toegankelijker te maken. Het proces van het vaststellen van nieuwe paradigma’s voor computergebruik kost veel tijd, niet alleen omdat dit heel gecompliceerd is, maar ook omdat softwareprogramma’s uitgebreid moeten worden getest. Om een succesvolle neuromorfische computerarchitectuur te creëren is een ecosysteem van ontwikkelaars nodig om de software te ontwerpen, legt de onderzoeker uit.

Hij hoopt uiteindelijk de rekenkracht uit te breiden om niet alleen voorspellingen over weer en klimaatverandering te kunnen verbeteren, maar ook voorspellingen in de gezondheidszorg. Pleiter illustreert hoe deze nieuwe ontwikkelingen bijvoorbeeld het onderzoek naar complexe, grotendeels nog steeds onbegrepen hersenaandoeningen zoals alzheimer zouden kunnen versnellen. Daarnaast liet de COVID-19-pandemie zien hoe essentieel high-performance computing is voor de ontwikkeling van medicijnen, wat de mogelijkheden voor revolutionaire veranderingen in medisch onderzoek onderstreept.

Radicale verandering

Het werk van CogniGron op het gebied van neuromorfisch computergebruik, inclusief initiatieven zoals IMChip, heeft de potentie om verschillende industrieën en de samenleving als geheel te transformeren. Samen met het CogniGron-team verleggen Banerjee, Merchant en Pleiter niet alleen de grenzen van de technologie, maar zetten ze zich ook in om oplossingen te ontwikkelen die de samenleving ten goede komen, waarmee CogniGron een toonaangevende positie inneemt op het gebied van innovaties in computergebruik. ‘We hebben deze radicale technologische verandering nodig om verder te komen’, zegt Pleiter tot besluit.

CogniGron is opgericht dankzij ruime steun van het Ubbo Emmius Fonds (UEF).

Meer informatie

• Lees ook: 'CogniGron: Een revolutie in toekomstbestendig computergebruik'
• Tamalika Banerjee
• Farhad Merchant
• Dirk Pleiter
• CogniGron