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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Ein Mann in Accra sitzt in einer Garage und repariert einen alten Computer (c) refurbed
Schrotthändler Fuseini Yakubu arbeitet im informellen Sektor von Accra. (c) refurbed

Ein Blick auf Ghanas Hauptstadt Accra. Im sogenannten „informellen Sektor“ der E-Waste-Verarbeitung liegt Agbogbloshie, eine der größten Elektromüllhalden der Welt. Hier werden Berge an Elektroteilen gesammelt, sortiert, repariert und weiterverarbeitet. Das ist die Einstiegszene der neuen refurbed-Doku „fixed“.

Brennende Müllberge im globalen Süden sind Bilder, die uns in Europa bekannt sind und unser Narrativ über Elektroschrott prägen. Während kaputte Geräte in Europa sehr schnell als Müll betrachtet werden, was die Wegwerfgesellschaft ankurbelt, hat sich in Ghana durch den E-Müll eine formelle wie auch informelle Reparatur- und Recyclingwirtschaft entwickelt.

Um die unterschiedliche Wahrnehmung von E-Waste aufzuzeigen, hat ein Team rund um refurbed-Co-Founder Kilian Kaminski im April die erste eigene Doku „fixed – Accras Antwort auf Europas Elektroschrott“ vor Ort in Ghana gedreht.

Elektroschrott als Krise, aber auch als Ressource

„In den letzten Jahren drehten sich Gespräche rund um Nachhaltigkeit oft um CO2-Emissionen, und das ist auch wichtig. Aber im Hintergrund brodelt eine weitere Krise, die ständig wächst: der Elektroschrott. Dazu gehören Berge von ausrangiertem Elektroschrott, giftige Umgebungen und Gemeinschaften, die für Konsumgewohnheiten bezahlen müssen, die sie selbst gar nicht verursacht haben“, hält Kaminski in seinen Begrüßungsworten bei der Präsentation der Dokumentation fest.

Gleichzeitig hat der E-Schrott eine innovative Reparaturkultur in Ghana entwickelt. Dr. Michael Osei Asibey, Experte für Umweltpolitik an der ghanaischen KNUST-Universität, forscht seit Jahren intensiv zum Recyclingsektor und plädiert im Film für ein radikales Umdenken. Seine prägnante Formel „Waste is a resource in the wrong place“ (Abfall ist eine Ressource am falschen Ort) bringt das Kernanliegen der Dokumentation auf den Punkt: Elektronik darf kein kurzlebiges Wegwerfprodukt sein. Vielmehr müssen wir ausgediente Geräte als wertvolle Materiallager begreifen, die dauerhaft in einem Kreislaufsystem gehalten werden.

Co-Founder von refurbed Kilian Kaminski (r.) bei den Dreharbeiten in Ghana. (c) refurbed

Vielschichtige Blockaden der Kreislaufwirtschaft

Politische, wirtschaftliche, aber auch gesellschaftliche Blockaden verhindern in Europa die Umsetzung von flächendeckenden Kreislaufwirtschaften. Kaminski sieht Blockaden in der Politik vor allem darin, dass der Fokus meist auf kurzfristigen Themen liegt. „Man konnte das gut im März 2020 beobachten, als Covid kam. Plötzlich waren Nachhaltigkeit und die Kreislaufwirtschaft nicht mehr die wichtigen Themen. Das Thema Nachhaltigkeit wird immer als ein Zukunftsproblem behandelt, obwohl es eigentlich ein aktuelles Problem ist, weil wir jetzt dagegen vorgehen müssen“, so der Co-Founder von refurbed.

Unternehmen seien gefragt, auf langlebige Produkte zu setzen. Die Praxis der künstlichen Obsoleszenz – also das bewusste Kaputtgehen von Geräten für schnellere Upgrades – sollte nicht weiter gefördert werden.

„Und als Privatpersonen sollten wir wirklich überdenken: Was und wie konsumieren wir? Behalten wir vielleicht ein Produkt länger? Geben wir alte Produkte weiter? Also einfach ein Verständnis zu entwickeln, dass der Wert des Gerätes viel höher ist, als wir eigentlich denken. Es geht nicht nur um den finanziellen Wert. Die Rohstoffe, die in den Produkten sind, haben einen sehr langen Lebenszyklus und kommen oftmals aus der gesamten Welt zurück zu einem Ort.“

Durch die Dokumentation soll ein differenzierteres Bild von E-Waste geschaffen werden. (c) refurbed

Kreislaufwirtschaft als Thema für Startups

Im Thema Kreislaufwirtschaft stecke für Startups und Jungunternehmen laut Kaminski gerade sehr viel Potenzial. Es sei nur eine Frage der Zeit, wann die Wirtschaft den Fokus auf diese Themen lege. „Wir stehen mit der Kreislaufwirtschaft ganz am Anfang. Und ich glaube, jetzt kann man vor allem die großen Unternehmen speziell mit Geschäftsmodellen, die die Kreislaufwirtschaft im Herzen haben, viel mehr challengen, als mit Geschäftsmodellen, die einfach dasselbe machen, wie es seit 100 Jahren gemacht wurde. Und das beinhaltet ja am Ende des Tages ganz viele Nachhaltigkeitsthemen, egal ob es Energie oder Rohstoffe sind.“

Auf die Frage, welches Problem Kaminski heute als Startup lösen würde, antwortet er: „Ich würde nach wie vor den E-Waste bekämpfen.“

Über refurbed

Ziel des 2017 von Peter Windischhofer, Kilian Kaminski und Jürgen Riedl in Wien gegründeten Unternehmens refurbed ist es, den Konsum in ganz Europa dauerhaft zu verändern. Mittlerweile ist das Scaleup in 24 europäischen Ländern aktiv und zählt zu den führenden Online-Marktplätzen für generalüberholte Produkte.

Die ganze Dokumentation von refurbed wurde gestern auf YouTube veröffentlicht und vorab präsentiert.

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