26.08.2025
KI

Neuromorphic Computing: JKU, SAL und SCCH machen KI effizienter und schneller

Neuromorphic Computing ist eine neue Technologie, um Künstliche Intelligenz (KI) zu verbessern. Das Ziel ist es, KI energiesparender und schneller zu machen. Seit drei Jahren arbeiten das Institut für Signalverarbeitung der Johannes Kepler Universität Linz (JKU), die Silicon Austria Labs (SAL) und das Software Competence Center Hagenberg (SCCH) dafür eng zusammen.
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Neuromorphic
© JKU Lunglmayr - (v.l.n.r.) Thomas Buchegger (SAL), Bernhard Moser (SCCH/JKU), Michael Lunglmayr (JKU).

Das menschliche Gehirn verarbeitet Informationen nicht als Bits, sondern nutzt Impulse (kurze elektrische Signale oder Spikes). Entscheidend ist dabei, wann so ein Impuls auftritt – denn der exakte Zeitpunkt überträgt die eigentliche Information. Dadurch kann das Gehirn mehr und komplexere Informationen pro Signal transportieren, als ein digitales Bit, das nur „0“ oder „1“ kennt. Die Zeit zwischen den Spikes enthält deutlich mehr Informationsgehalt, und das macht diese Methode effizienter für bestimmte Aufgaben – zum Beispiel um Muster oder Abläufe in Echtzeit zu erkennen. In der Technik werden solche Konzepte im „Neuromorphic Computing“ (NC) durch sogenannte Spiking Neural Networks (SNN) nachgebildet.

„Unser Ziel ist es, Systeme zu entwickeln, die biologische Strukturen und Prozesse nachbilden – mit minimalem Energiebedarf und maximaler Reaktionsfähigkeit“, erklärt Bernhard A. Moser, Technology and Innovation Manager am SCCH. „Einsatzbereiche sind u. a. Robotik, Medizintechnik oder Umwelt-Monitoring.“

Vorurteile bei Neuromorphic Computing

Trotz des zunehmenden Interesses an Neuromorphic Computing halten sich, laut den Forschern, nach wie vor einige hartnäckige Vorurteile, wie z.B. dass man teure, spezielle Hardware brauche, dass es langsamer sei als klassische Verfahren oder dass es an industrieller Reife fehle. „Wir zeigen, dass viele dieser Annahmen überholt sind. Erstens bietet NC nicht nur enormes Potential im Hinblick auf Energieeffizienz, sondern auch in Sachen Geschwindigkeit. Zweitens demonstrieren wir, dass NC keineswegs auf spezielle analoge Hardware beschränkt ist, sondern auch gewinnbringend auf Standard-Hardware-Plattformen eingesetzt werden kann“, sagt Thomas Buchegger, Standortleiter von SAL in Linz.

Eine neue Studie scheint das an einem Beispiel aus der Medizin zu bestätigen: Forschende der Johannes Kepler Universität (JKU), der SAL, des SCCH und der TU Graz haben gemeinsam untersucht, wie sich EKG-Daten effizienter erfassen und verarbeiten lassen. Dabei konnten sie über 80 Prozent der Datenmenge einsparen, ohne dass die Qualität der Analyse leide – mit weniger Speicherbedarf bei gleicher Genauigkeit.

Weltrekord und Patent

Seit Beginn ihrer Kooperation konnten die Partner zudem einige Erfolge erzielen:

Weltrekord
Mit einem neuen Demonstrator haben Forschende erfolgreich gezeigt, wie man sogenannte Spiking Neural Networks (SNN) – eine besondere Art von künstlichen neuronalen Netzwerken – besonders schnell auf gängigen FPGA-Systemen betreiben kann. FPGA steht für „Field Programmable Gate Array“ und beschreibt einen flexiblen, anpassbaren Computerchip, der häufig in der Technik eingesetzt wird.

„Mit unserem Verfahren können wir über 2,5 Millionen Bilder pro Sekunde verarbeiten – das ist mehr als 100 Mal schneller als bisherige Systeme mit der gleichen Hardware und den gleichen Daten“, erklärt Michael Lunglmayr vom Institut für Signalverarbeitung der JKU. „Zudem arbeitet unser System sehr energiesparend und erreicht eine Effizienz von mehr als drei Millionen Bildern pro Sekunde pro Watt.“

Patent angemeldet
Eine neue Erfindung zur besonders energiesparenden Datenerfassung wurde zudem bereits zum Patent angemeldet. Dabei kommen neuromorphe Prinzipien zum Einsatz, die von der Funktionsweise des menschlichen Gehirns inspiriert sind.

Organisation eines internationalen Wettbewerbs
Im September 2025 findet in Alaska die wichtige IEEE-Konferenz zur Bildverarbeitung (ICIP) statt. Dabei organisiert das Forschungsteam einen internationalen Wettbewerb unter dem Motto „Wenig Energie, hohe Geschwindigkeit“. Ziel ist es, die besten Lösungen für eine besonders sparsame und schnelle KI zu finden.

Moser dazu: „Wir freuen uns sehr auf die Challenge. Die große Resonanz aus der Fachwelt zeigt, wie viel Kreativität und Innovationsgeist in diesem Bereich stecken.“

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Beyond Gravity Austria
© Beyond Gravity Austria/Canva - Kurt Kober, Geschäftsführer von Beyond Gravity Austria.

Beyond Gravity Austria (vormals RUAG Space Austria) zählt mit rund 57 Millionen Euro Umsatz (2025) und rund 250 Mitarbeitenden zu den größten österreichischen Weltraumtechnikunternehmen. Das Hochtechnologieunternehmen rüstet weltweit Satelliten und Trägerraketen mit Elektronik, Mechanik und Thermalisolation aus und hat eigenen Angaben nach eine Exportquote von rund 100 Prozent. Erst kürzlich hat der Weltraumzulieferer seine Produktionsfläche in Niederösterreich verdoppelt – brutkasten berichtete über den 4,5-Millionen-Euro-Ausbau.

Beyond Gravity: Navigationsempfänger für zwei NASA-Wettersatelliten

Nun wird die nächste Generation von US-Wettersatelliten mit Technologie aus Österreich ausgestattet. Beyond Gravity Austria liefert – wie man vermeldet – hochpräzise Navigationsempfänger für zwei NASA-Wettersatelliten, die ab 2032 für die US-Wetterbehörde NOAA ins All starten sollen. Gebaut werden die Satelliten vom US-Unternehmen Lockheed Martin in Colorado.

Die Navigationsempfänger aus Wien werden – so der Claim – die Position der Satelliten in rund 36.000 Kilometern Höhe mit einer Genauigkeit von weniger als 20 Metern bestimmen.

„Im Rahmen unseres ersten Vertrags mit Lockheed Martin werden wir Navigationsempfänger für zwei NASA-Wettersatelliten liefern. Je genauer die Position des Satelliten durch unseren Empfänger bestimmt wird, desto genauer sind die Wetter- und Umweltdaten“, sagt Kurt Kober, Geschäftsführer von Beyond Gravity Austria. Die Wettersatelliten namens GeoXO sollen die Vorhersage von Unwettern sowie die Überwachung von Umwelt- und Klimaphänomenen in der westlichen Hemisphäre deutlich verbessern.

Nicht die erste NASA-Partnerschaft

Beyond Gravity Austria lieferte schon mehrmals Technik für NASA-Satelliten, etwa einen Navigationsempfänger für den 2018 gestarteten NASA-Umweltsatelliten ICESat-2 oder Navigationsempfänger für den 2024 gestarteten Klimaschutzsatelliten PACE inklusive Thermalisolation für ein NASA-Instrument des Satelliten.

Die Wettersatelliten GeoXO (Geostationary Extended Observations) werden in einer geostationären Umlaufbahn über dem Äquator betrieben. In dieser Höhe von rund 36.000 Kilometern bewegen sie sich mit derselben Geschwindigkeit, wie die Erdrotation und können dadurch kontinuierlich dieselbe Region der Erde beobachten.

© zVg – Infografik zu den GeoXO-Wettermissionen.

„Unsere GEORIX-Empfänger bieten selbst in einer Entfernung von 36.000 Kilometern eine Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von weniger als 20 Metern. Damit setzen wir neue Maßstäbe für präzise Echtzeit-Navigation an Bord von Satelliten“, so Kober. Im Jahr 2023 wurde der erste GEORIX-Navigationsempfänger ins All geschickt; er bestimmt die Position des NASA-Klimainstruments TEMPO, das atmosphärische Gase (Ozon, Stickstoffdioxid und Formaldehyd) sowie Aerosole über Nordamerika misst.

Rund 30 Satelliten nutzen Navigationsempfänger von Beyond Gravity

Insgesamt nutzen derzeit etwa 30 Satelliten Navigationsempfänger von Beyond Gravity zur Positionsbestimmung. Die Empfänger kommen bei Satelliten von der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) bis zur geostationären Erdumlaufbahn (GEO) zum Einsatz, also in Entfernungen von etwa 1.000 Kilometern bis 36.000 Kilometern von der Erde. Alle weltraumgestützten Navigationsempfänger werden am österreichischen Standort von Beyond Gravity in Wien entwickelt und produziert.

Die GeoXO-Mission soll Bilder und atmosphärische Messungen der westlichen Hemisphäre der Erde und eine Echtzeit-Erfassung der Blitzaktivität liefern sowie kurzfristige Wettervorhersagen und Warnungen vor Extremwetter und Umweltgefahren unterstützen.

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