SpiNNaker: 1-Million-Kern-Computer als Hirn-Simulator

Nach mehr als zehn Jahren Planungs- und Aufbauzeit hat die Uni Manchester erstmals das neuromorphe SpiNNaker-System mit über einer Million ARM-Rechenkernen in Betrieb genommen. Die Spiking Neural Network Architecture (SpiNNaker) imitiert die Funktionsweise vernetzter Neuronen. Das System an der Uni Manchester, das federführend vom ARM-Mitentwickler Prof. Steven Furber ersonnen wurde, dient zur Erforschung neuromorphen Rechnens auch im Rahmen des Human Brain Project (HBP).

SpiNNaker besteht aus 57.600 speziell dafür entwickelten Prozessorchips, die jeweils 18 Rechenkerne vom Typ ARM968 enthalten, sowie einen Netzwerk-Interconnect mit sechs Ports. Ein zweiter Chip im selben Prozessorgehäuse stellt je 128 MByte DRAM bereit; SpiNNaker hat somit insgesamt 7 TByte RAM.

Von den 18 Kernen pro Chip werden nur 16 für neuromorphes Rechnen genutzt; einer dient als Reserve und ein weiterer zur Systemverwaltung.

SpiNNaker besteht aus 10 Racks, in denen je 5 Sub-Chassis stecken, die wiederum je 24 SpiNN-5-Karten mit je 48 SpiNNaker-Chips enthalten. Von den insgesamt 1,0368 Millionen Kernen rechnen also 921.600. Die Leistungsaufnahme des Systems soll rund 90 Kilowatt betragen.

Jeder der SPIN-5-Karten hat auch noch einige FPGA-Chips, die sich für I/O nutzen lassen.

Die Entwickler nennen SpiNNaker eine 106-Maschine (10⁶ CPU-Kerne) und wollen damit rund 1 Milliarde biologische Neuronen in Echtzeit simulieren. Damit wollen sie in die Größenordnung von 1 Prozent eines menschlichen Gehirns kommen.

BrainScaleS

Schon 2016 ging an der Uni Heidelberg das neuromorphe System BrainScaleS in Betrieb, ebenfalls im Rahmen des Human Brain Project. Als Besonderheit kommen darin komplette Wafer zum Einsatz, auf denen jeweils 384 untereinander verschaltete HICANN-ICs sitzen (High Input Count Analog Neural Network). Jedes HICANN implementiert 512 Neuronen und 114.688 programmierbare, dynamische Synapsen.

Das erste BrainScaleS-System NM-PM1 "Flagship" am Kirchhoff-Institut für Physik kombiniert 5 Racks mit je 4 Wafern, um Systeme aus insgesamt bis zu 4 Millionen Neuronen und 1 Milliarde Synapsen zu simulieren.

Derzeit entsteht an der Uni Heidelberg das European Institute for Neuromorphic Computing (EINC). (ciw)