Wetenschap Werkt | De AI-chip van de toekomst
De wetenschap draagt dag in, dag uit bij aan oplossingen voor uiteenlopende maatschappelijke problemen. Van nieuwe medicijnen tot slimme oplossingen voor de landbouw; ons onderzoek helpt de maatschappij vooruit. Dit is echter niet altijd meteen zichtbaar. In de nieuwe rubriek Wetenschap Werkt, delen we daarom verhalen die gaan over concrete innovaties, producten en ideeën om te laten zien dat wetenschap werkt!
Tekst: Thomas Vos, Corporate Communicatie RUG
Duizendmaal betere prestaties, tweehonderdmaal energiezuiniger en honderdmaal snellere datatransmissie: start-up IMChip werkt aan de AI-chip van de toekomst. Hun werk is onder andere cruciaal omdat er steeds meer zorgen zijn over de grote hoeveelheden energie die AI verbruikt.
Ruben Hamming-Green heeft IMChip opgericht samen met hoogleraar Tamalika Banerjee en Azminul Jaman. Ze hebben alle drie een achtergrond bij CogniGron, een multidisciplinair onderzoeksinstituut dat gebruikmaakt van expertise op het gebied van materiaalkunde, wiskunde, AI en chipontwerp om onderzoek te doen naar computertoepassingen geïnspireerd door het menselijke brein. Hamming-Green legt uit: ‘We hebben IMChip van de grond af opgebouwd op basis van het onderzoek van hoogleraar Banerjee en we hebben de juiste apparatuur besteld. Op dit moment werken we nog aan onderzoek en ontwikkeling in de cleanroom hier in het Feringagebouw. Onze eerste financieringsronde ontvingen we in juni, van Future Tech Ventures, waar RUG Ventures een stille vennoot van is.’
Synapsen
Wat probeert IMChip precies te doen? Hiervoor moet je iets weten over de huidige status van AI en computertechnologie. Hamming-Green: ‘De huidige computertechnologie is helemaal opgebouwd rond transistoren. Dit zijn, simpel gezegd, aan-uitschakelaars, de nullen en enen waar je vaak aan denkt als het over computers gaat. Heel nuttig als je wilt dat iets op een gecontroleerde en gedefinieerde manier werkt. Maar dat is heel anders dan hoe wij mensen denken. We weten niet precies hoe onze biologische processen werken. Maar AI probeert dit exact na te bootsen. Het probeert precies zo te werken als onze hersenen, waarin synapsen de verbindingen met de neuronen vormen. Wanneer we deze gebruiken, worden de synapsen sterker of zwakker. Deze versterking of verzwakking is hoe informatie in onze hersenen wordt gecodeerd. Het is geen nul of één, het is alles wat er tussenin zit.’
De technologie: memristoren
De meeste AI-technologieën maken echter nog steeds gebruik van transistoren. En dat is precies wat Hamming-Green en zijn collega’s willen veranderen: ‘Wij bouwen chips die gebruikmaken van zogenaamde “memristoren”, die in feite net zo werken als de synapsen in onze hersenen. Als je er een elektrisch signaal doorheen stuurt, kun je het geleidingsvermogen aanpassen. Je kunt elk element een programmeringsvolgorde meegeven waardoor het heel geleidend, een beetje geleidend of helemaal niet geleidend wordt. Een memristor kan dit continu blijven doen.’
Twee miljoen huishoudens
Deze technologie is nodig voor de huidige AI-boom, legt Hamming-Green uit: ‘Diepe neurale netwerken, zoals ChatGPT, hebben heel veel transistoren nodig om taken uit te voeren waar transistoren eigenlijk helemaal niet voor zijn gemaakt. Bovendien zijn processing en geheugen een probleem. In onze smartphone zijn deze twee gescheiden, maar dat geldt niet voor onze hersenen. Die maken geen onderscheid. Met de huidige technologie betekent dit dat je in AI-toepassingen voortdurend moet wisselen tussen processing en geheugen. Dat kost niet alleen veel tijd, maar ook heel veel energie. En dat is een urgent probleem. Een bedrijf als OpenAI gebruikt de energie van zo’n twee miljoen huishoudens om hun systemen te laten draaien. Memristoren verzamelen al deze verschillende processen en beperken ze tot telkens één apparaat. In feite zijn het chips die speciaal voor AI-toepassingen zijn ontworpen. En ze zijn veel sneller. Je kunt er een signaal naartoe sturen en dat wordt meteen gelezen.’
Integratie van de technologie
IMChip staat nu voor een belangrijke uitdaging: de technologie integreren. Hamming-Green: ‘Onze hele chipindustrie is op dit moment opgebouwd rond silicium. De huidige fabrieken zijn hierop ingericht. We willen dat niet helemaal achter ons laten, we zullen nog steeds transistoren nodig hebben en de huidige productietechnologie is heel solide en volwassen. Maar silicium reageert niet hetzelfde als memristoren. We moeten meer geavanceerde materialen gebruiken en een manier vinden om ze te integreren met silicium, op een manier die ook kan worden geïntegreerd met de productietechnologie. Dan pas wordt het interessant voor grotere bedrijven. We moeten deze bedrijven laten zien dat we ook de integratietechnologie kunnen bieden.’
Memristoren zijn de toekomst
Hamming-Green benadrukt dat dit nog tijd kost: ‘Ons doel is om binnen twee jaar een prototype te ontwikkelen, om te bewijzen dat de technologie werkt. Daarna willen we het eerste echte product ontwikkelen dat we aan pilotklanten kunnen verkopen. Maar ik denk dat we een goed verhaal hebben. Andere bedrijven werken nog steeds met silicium. Hun chips zijn energiezuiniger dan de huidige chips, maar minder krachtig. Wij zien de memristor als de toekomst. Deze is er alleen nog niet op industriële schaal.’
Meer informatie
Wil je meer weten over Wetenschap werkt? Bekijk dan de overzichtspagina voor alle edities.