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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QuantumDiamonds
Die Gründer von QuantumDiamonds: Fleming Bruckmaier (links) und Kevin Berghoff (rechts). Copyright: QuantumDiamonds GmbH.

Das Münchner Spinoff QuantumDiamonds holt sich insgesamt 91 Millionen Euro. 76 Millionen der Gesamtfinanzierung stammen aus einer Förderung im Rahmen des European Chips Acts der Europäischen Kommission, die gemeinsam vom deutschen Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und dem Freistaat Bayern bereitgestellt wird. Weitere 15 Millionen Euro sind Eigenkapital aus einer Series-A-Finanzierungsrunde, an der sich neben Bayern Kapital mit dem ScaleUp-Fonds Bayern auch der Lead-Investor World Fund sowie IQ Capital, Earlybird, First Momentum, UnternehmerTUM Funding for Innovators, Creator Fund, Onsight Ventures sowie mehrere Angel-Investoren beteiligt haben.

QuantumDiamonds mit Skalierungsplänen

Mit den Mitteln aus der Runde plant QuantumDiamonds, seine Technologie weiter zu skalieren und sein Ingenieurteam zu erweitern. Zudem wird das Unternehmen noch im Jahr 2026 den ersten Abschnitt eines neuen 152-Millionen-Euro-Produktionsstandorts in München in Betrieb nehmen.

QuantumDiamonds möchte sich allgemein als einer der am schnellsten wachsenden Entwickler von innovativer Präzisionsmesstechnik für die Chip-Industrie positionieren. Es wurde im Jahr 2022 als Spinoff der Technischen Universität München (TUM) gegründet.

Auf Basis synthetischer Diamanten

Die Technologie der Münchner kombiniert Quantensensorik und Bildgebung auf Basis von synthetischen Diamanten. Im Ergebnis könne QuantumDiamonds so komplexe Chip-Architekturen effizient und zerstörungsfrei prüfen, heißt es vom Unternehmen. Dabei nutzt das Quantensensorikverfahren des Spinoffs Stickstoff-Vakanzzentren in synthetischen Diamanten, um Magnetfelder mit höchster Präzision zu erkennen. Auf diese Weise lassen sich bisher nicht erkennbare Fehler in komplexen 3D-Chip-Architekturen identifizieren – mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich, wie es heißt.

QuantumDiamonds arbeitet eigenen Angaben zufolge mit neun der zehn weltweit führenden Chip-Hersteller zusammen und unterstützt diese dabei, Fehlerursachen frühzeitig zu identifizieren, ihre Prozesseffizienz zu steigern und Energiekosten sowie Emissionen zu reduzieren. Dafür hat das Unternehmen im März und April 2026 nach Taiwan und Kalifornien expandiert.

„Quantensensorik in Chip-Fabriken weltweit zu etablieren“

„Diese Finanzierung ist ein wichtiger Schritt, um Quantensensorik in Chip-Fabriken weltweit zu etablieren“, sagt Kevin Berghoff, CEO und Mitgründer von QuantumDiamonds. „Das Feedback der führenden Chip-Hersteller spricht für sich: Sie sehen in der Technologie von QuantumDiamonds eine Effizienzsteigerung, die mit aktueller Technik nicht erreichbar wäre. Mit bereits laufenden Projekten in den USA und Taiwan und dem Hochfahren der Serienproduktion in München nimmt Europa nicht nur an der nächsten Phase des Chip-Zeitalters teil, sondern gestaltet diese maßgeblich mit.“

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