Hoe 'breincomputers' datacentra veel energiezuiniger kunnen maken

In dit artikel:

Nederland onderzoekt of neuromorphic computing (NC) een plek moet krijgen in een volgende generatie van de Nationale Supercomputer. SURF, dat deze infrastructuur beheert, werkt daarvoor samen met universiteiten en bedrijven. Aanleiding was een vraag van SURF over de toepassingsmogelijkheden van NC, die leidde tot een whitepaper van onder meer Johan Mentink van de Radboud Universiteit. Daarmee werden Nederlandse onderzoeksgroepen die aan verschillende breingeïnspireerde technologieën werken voor het eerst structureel bij elkaar gebracht.

Uit dit initiatief ontstond eind januari onder de vlag van Digital Holland de coalitie NC-NL. Die wil de overgang van academisch onderzoek naar praktische toepassingen versnellen en start-ups en scale-ups ondersteunen. Een belangrijk onderdeel wordt het Market-driven Application Lab (MDAL), waaraan SURF meewerkt. Het lab moet technologieaanbieders en bedrijven met concrete problemen bij elkaar brengen en bepalen welk type neuromorf systeem daarvoor het meest geschikt is. Organisaties uit onder meer de financiële sector, nutsbedrijven en het veiligheidsdomein hebben al interesse getoond.

NC werkt anders dan klassieke computers. In plaats van verwerking, geheugen en opslag strikt te scheiden, worden die functies in een zogenoemde non-Von Neumann-architectuur meer geïntegreerd. Daardoor kan de technologie bij bepaalde taken veel sneller en tot duizend keer energiezuiniger zijn. De eerste toepassingen richten zich op energiezuinige sensoren, drones, wearables en industriële apparatuur, maar ook datacentra en supercomputers kunnen ervan profiteren. Hun groeiende gebruik van elektriciteit en koelwater vormt namelijk een steeds groter probleem, vooral voor energie-intensieve toepassingen zoals AI.

Volgens SURF kan NC naast CPU’s, GPU’s en gespecialiseerde AI-chips worden ingezet, maar neuromorfe systemen kunnen ook zelfstandig functioneren. Er bestaan al grote systemen, zoals SpiNNaker2 in Dresden, een Loihi 2-cluster in Albuquerque en DeepSouth in Sydney. Tegelijk is NC geen enkele technologie, maar een verzameling chip- en systeemtypen met verschillende eigenschappen. Nederlandse kennisinstellingen en start-ups beschikken op dit gebied over veel expertise; de overheid heeft NC daarom opgenomen als sleuteltechnologie in de Nationale Technologie Strategie.

De behoefte aan efficiëntere rekenmethoden groeit door omvangrijke vraagstukken rond onder meer de Large Hadron Collider, radioastronomie, quantum many-body physics, klimaatmodellen, netcongestie, medicijnontwikkeling en logistiek. Toch is nog onzeker of NC al volwassen genoeg is voor de volgende Nationale Supercomputer. Bestaande benchmarks zijn vooral ontwikkeld voor klassieke architecturen en laten de sterke kanten van NC onvoldoende zien. Ook ontbreken gestandaardiseerde manieren om neuromorfe systemen met bestaande infrastructuur en software te laten samenwerken. Vooral programmeren, compileren en de gebruikersinterface vragen nog om ontwikkeling.

NC-NL wil die technische en organisatorische drempels verlagen. Het MDAL moet bedrijven en onderzoekers toegang geven tot expertise en rekencapaciteit, zonder dat zij zelf grote investeringen hoeven te doen. Als Nederland vroeg leert welke neuromorfe technologie bij welke toepassing past, kan dat volgens de coalitie zowel de verduurzaming van rekenwerk als de Europese technologische onafhankelijkheid en concurrentiepositie versterken.