Dresden – Die rasante Entwicklung künstlicher Intelligenz bringt immer größere Datenmengen mit sich – und stellt klassische Computersysteme zunehmend vor Herausforderungen in Sachen Energieverbrauch und Geschwindigkeit. Ein internationales Forschungsprojekt unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS verspricht nun einen Durchbruch: Mit dem Projekt ViTFOX entsteht eine neue, auf ferroelektrischer Technologie basierende Architektur für KI-Anwendungen, die besonders energieeffizient arbeitet.

Rechnen direkt im Speicher

Im Zentrum des Projekts steht eine sogenannte Vision-Transformer-Architektur (ViT), die nicht nur schneller, sondern auch nachhaltiger arbeiten soll. Anders als bei herkömmlichen Systemen, bei denen Daten zwischen Speicher und Prozessor ausgetauscht werden müssen, soll die neue Architektur Rechenoperationen direkt im Speicher durchführen. Möglich wird dies durch neuartige Materialien wie Hafnium-Zirkonium-Oxid (HZO), das mit klassischer Siliziumtechnologie kompatibel ist.

Die angestrebte Energieeffizienz von über 50 TOPS/W (Tera Operationen pro Sekunde pro Watt) stellt eine entscheidende Marke für den Einsatz in Edge-Anwendungen dar – also überall dort, wo Daten direkt vor Ort verarbeitet werden, zum Beispiel in autonomen Fahrzeugen oder in der Medizintechnik.

Europa-Korea-Kooperation bringt Know-how zusammen

Das mit 1,5 Millionen Euro von der EU geförderte Projekt vereint acht Partner aus Europa und Korea, darunter führende Universitäten, Forschungseinrichtungen und Entwicklungslabore. Gemeinsam arbeiten sie an einem Compute-in-Memory-Demonstrator sowie einem Simulator und einer Optimierungsplattform für die neu entwickelte Hardware.

Prof. Dr. Thomas Kämpfe vom Fraunhofer IPMS erklärt: „Unser Ziel ist es, technische Innovationen voranzutreiben, die sowohl der Industrie als auch den gesellschaftlichen Anforderungen an nachhaltige Technologien gerecht werden.“