Onderzoeker krijgt 1,5 miljoen euro voor energiezuinige computers

RUG-onderzoeker Henk van Waarde krijgt de komende vijf jaar 1,5 miljoen euro van de European Research Council (ERC) voor onderzoek naar een nieuwe generatie energiezuinige computers. Hij wil systemen ontwikkelen die zijn geïnspireerd op de manier waarop het menselijk brein informatie verwerkt.

Rekenen zoals het brein

Van Waarde, verbonden aan de Faculty of Science and Engineering en het Bernoulli Institute van de Rijksuniversiteit Groningen, onderzoekt neuromorfisch computing. In plaats van computers te laten rekenen volgens de klassieke digitale architectuur, proberen neuromorfische systemen bepaalde principes van het brein na te bootsen. Het gaat daarbij onder meer om het verwerken van informatie via grote netwerken van eenvoudige rekenelementen, vergelijkbaar met neuronen.

Bij traditionele computers zijn geheugen en processor grotendeels van elkaar gescheiden. Informatie moet daardoor voortdurend heen en weer worden gestuurd, wat veel tijd en energie kan kosten. Het menselijk brein werkt anders: informatie wordt verwerkt in een enorm netwerk waarin opslag, verwerking en communicatie sterk met elkaar verweven zijn.

Neuromorfische computers proberen dat principe na te bootsen. Ze gebruiken bijvoorbeeld elektronische circuits die zich gedragen als neuronen en verbindingen waarvan de sterkte kan worden aangepast, vergelijkbaar met synapsen. Daardoor kan informatie lokaal worden verwerkt, zonder dat voor iedere berekening grote hoeveelheden data tussen geheugen en processor hoeven te worden verplaatst. Dat kan vooral bij complexe taken leiden tot een veel lager energieverbruik en een hogere snelheid.

Leren zonder centrale trainer

Daar zit volgens Van Waarde ook een belangrijke uitdaging. Neuromorfische chips moeten namelijk nog steeds worden getraind, bijvoorbeeld om patronen te herkennen of bepaalde berekeningen goed uit te voeren. De huidige technieken, zoals backpropagation die veel wordt gebruikt bij AI, zijn niet goed afgestemd op analoge neuromorfische circuits. Het trainen kan daardoor alsnog veel energie kosten en vereist vaak dat informatie tussen verschillende onderdelen van het systeem wordt verplaatst.

Van Waarde wil daarom een nieuwe manier ontwikkelen om deze circuits te trainen. Zijn onderzoek richt zich op een systeem waarin het leren direct voortkomt uit de dynamiek van het circuit zelf. In plaats van één centraal algoritme dat alle verbindingen aanstuurt, moeten onderdelen van het systeem lokaal en gedecentraliseerd kunnen leren.

Daarvoor ontwikkelt hij nieuwe wiskundige modellen en algoritmen die gebruikmaken van de energie en dynamiek van het fysieke systeem. Het doel is een methode die schaalbaar is, weinig energie gebruikt en bovendien bestand is tegen kleine verschillen tussen elektronische componenten.

Eigen onderzoeksteam

Met de ERC Starting Grant kan Van Waarde een eigen onderzoeksteam opbouwen en vijf jaar aan het project werken. De subsidie is bedoeld voor veelbelovende jonge onderzoekers en moet hen in staat stellen zelfstandig baanbrekend onderzoek uit te voeren.