Die von den Forschern vorgestellten neurosynaptischen Computerchips enthalten Silizium-Schaltkreise und Algorithmen, deren Aufbau der Neurobiologie entnommen sind und ähnliche Abläufe ermöglichen wie sie zwischen Neuronen und Synapsen im Gehirn auftreten. Somit sind in die Entwicklung der Chips Erkenntnisse und Wissen aus der Nano- sowie Neurowissenschaft und dem Supercomputing eingeflossen.

IBM hat bereits zwei erste Prototypen gefertigt, die sich gerade in der Testphase befinden. Beide Prozessorkerne wurden in 45-nm-SOI-CMOS hergestellt und enthalten 256 Neuronen. Ein Testchip enthält 262.144 programmierbare Synapsen, der andere 65.536 lernende Synapsen. Das IBM-Team konnte damit bereits einfache Anwendungen wie Navigation, maschinelles Sehen, Mustererkennung, sowie assoziative Speicherung und Klassifizierung demonstrieren. Zwar sind 256 Neuronen im Vergleich zu einem menschlichen Gehirn noch sehr wenig, IBM steht aber erst am Anfang. Längerfristig möchten die IBM-Forscher ein System mit 10 Mrd. Neuronen und 100 Billionen Synapsen realisieren, das weniger als ein Kilowatt Energie verbraucht und ein Volumen von weniger als zwei Litern aufweist.

Die Entwicklung der Chips ist Teil der mehrjährigen Forschungsinitiative SyNAPSE. Deren Ziel ist es, ein Computersystem zu entwickeln, das nicht nur verschiedenartige sensorische Eingangsdaten gleichzeitig analysiert, sondern sich auch auf Basis seiner Interaktion mit der Umwelt dynamisch rekonfiguriert. Zudem geht es darum, ein System mit dem geringen Energieverbrauch und Volumen des menschlichen Gehirns zu entwickeln. Der zugrunde liegende »Cognitive Computing«-Ansatz könnte zukünftig die Herstellung von lernenden Computern ermöglichen, die zudem um ein Vielfaches effizienter und kleiner sind als heutige Systeme.

»SyNAPSE ist ein wichtiges Vorhaben, um den Weg für Computer jenseits der Von-Neumann-Architektur zu ebnen«, sagt Dr. Dharmendra Modha, Projektleiter bei IBM Research, Almaden. »Zukünftige Anwendungen der Informatik verlangen zunehmend nach Funktionalitäten, die mit der heutigen Architektur nicht mehr effizient genug umgesetzt werden können.«