De processoren van de toekomst verbinden de jungle met de dierentuin

Projectleider Victor Sanchez (links) en onderzoeker Sander Stuijk (foto: Loraine Bodewes)

Om deze veelbelovende aanpak te ondersteunen (de wereldwijde markt voor edge computing groeit naar verwachting met ongeveer 40 procent per jaar tot meer dan 65 miljard euro in 2026), investeert de EU 11 miljoen euro in een nieuw en veelomvattend onderzoeksproject.

Convolve , zoals het door de TU/e geleide project heet, omvat 18 partners uit heel Europa en heeft tot doel nieuwe processoren voor edge computing te ontwikkelen die de huidige afhankelijkheid van Europa van chips van buiten Europa beperken.

Bij het bouwen van deze nieuwe processoren moet een aantal uitdagingen worden overwonnen, legt Victor Sanchez uit, de coördinator van Convolve bij de faculteit Electrical Engineering.

Een belangrijk probleem is volgens Sanchez de energie-efficiëntie. “Op dit moment gebruiken edge devices veel te veel energie, zeker als je de energieverslindende deep learning-modellen wilt gebruiken die de slimme toepassingen van de toekomst mogelijk maken. Edge-apparaten worden meestal gevoed door zeer kleine batterijen, of door energie uit de omgeving te halen, en zijn niet erg efficiënt vanwege warmteverlies.”

Het doel van Convolve is om edge-processoren te maken die 100 keer minder energie verbruiken dan de huidige AI-processoren, waardoor het gebruik van de nieuwste deep learning-algoritmen mogelijk wordt. “Dit is de enige manier waarop de edge computing echt intelligent kan worden,” zegt Sanchez.

Energie-efficiëntie vereist veranderingen in zowel hardware als software. “Een van de dingen die wij en onze partners willen doen, is het voltage van de processoren zoveel mogelijk verlagen, met behoud van prestaties. We denken ook dat neuromorphic computing, een nieuwe techologie die chips modelleert naar het menselijk brein, een echte belofte laat zien op dit gebied.”

Een andere oplossing is het ontwerpen van nieuwe neurale netwerkmodellen die minder complex zijn. De huidige deep learning-modellen zijn weliswaar zeer nauwkeurig, maar gebruiken veel geheugen en energie.”

Het Convolve-project wil ook proberen de tijd te beperken die nodig is om ultralaagvermogen-processoren te ontwerpen en ervoor zorgen dat de chips beveiligd zijn tegen hacken. Nu kwantumcomputers alle cryptografische beveiligingsmechanismen die momenteel onze gevoelige communicatie en gegevens beschermen, dreigen te doorbreken, is dit een belangrijk punt van zorg.

De jungle en de dierentuin
Maar dat is niet alles. Sander Stuijk, een van de TU/e-onderzoekers die bij het project betrokken is, ziet nog een bijkomend voordeel van het project.

“Met de vooruitgang in diepe neurale netwerken is er op softwareniveau een dierentuin aan alternatieve netwerkmodellen ontstaan. Tegelijkertijd hebben hardwareontwerpers een jungle van verschillende componenten gecreëerd, waardoor het bouwen van efficiënte processoren erg tijdrovend is. Het combineren van de jungle met de dierentuin is een steeds grotere uitdaging geworden. Convolve wil nieuwe ontwerptechnieken ontwikkelen die de hardware- en softwarecomponenten naadloos aan elkaar lijmen, waardoor de ontwerptijd van nieuwe processoren korter wordt.”

Ondanks alle uitdagingen hebben Sanchez en Stuijk er alle vertrouwen in dat Convolve haar doelstellingen in de komende drie jaar kan verwezenlijken.

“Europa heeft een sterke positie als het gaat om AI en edge computing, met name bij universiteiten, maar ook bij kleine en middelgrote bedrijven. Als we erin slagen deze expertise samen te brengen in een nieuw innovatie-ecosysteem, ben ik ervan overtuigd dat Europa een leider kan worden op de edge AI-markt”, aldus Sanchez.