Gehirn als Vorbild für effiziente Computer-Komponenten

Schweizer Forschende entwickeln neuartige Computerprozesse, die den im menschlichen Gehirn ähnlich sind. Ein neuartiger Computerbaustein verarbeitet nach dem Vorbild von Synapsen und Neuronen grosse Datenmengen schnell und energieeffizient.

In einer Mitteilung der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) hiess es: Damit soll er den wachsenden Anforderungen an Rechengeschwindigkeit und Komplexität gerecht werden, die in vielen Feldern anfallen.

Als Vorbild diente dabei eine besondere Fähigkeit des menschlichen Gehirns. Computer übertrumpfen uns zwar in Sachen Rechenleistung und Genauigkeit, unsere grauen Zellen können aber vielfältige Aufgaben gleichzeitig erledigen. Und das unglaublich effizient – das Gehirn verbraucht nur knapp halb so viel Energie wie ein Laptop.

Der Unterschied liegt in der Arbeitsweise: Herkömmliche Computer trennen zwischen Speicherung und die Verarbeitung von Daten. Neuronen und Synapsen im menschlichen Gehirn sind gleichzeitig für die Verarbeitung von Reizen und das Lernen zuständig. In sogenannten Memristoren (Kombination aus «memory» und «transistor») finden beide Operationen synchron statt.

Empa-Forschende entwickelten zusammen mit Forschenden der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich und des Politecnico di Milano einen solchen Memristor. Dieser ist leistungsfähiger und einfacher in der Herstellung, als seine Vorgänger. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift «Science Advances».

Die neuen Memristoren bestehen aus Halogenid-Perowskit-Nanokristallen. Diese Kristalle leiten sowohl Ionen als auch Elektronen. Rohit John, der an der Empa an der Entwicklung beteiligt war, erklärte: «Diese doppelte Leitfähigkeit ermöglicht komplexere Berechnungen, die den Prozessen im Gehirn näherkommen.»

Noch sei die Technologie aber nicht einsatzbereit. Die Perowskite können den Temperaturen von über 400 Grad Celsius nicht standhalten, die bei der Herstellung von Computerchips herrschen.