Navigatie overslaan
2018 - heden

CogniGron

Revolutionaire technologie voor de supercomputer van de toekomst

Steun het UEF

Draag bij aan de ontwikkeling van onderzoek en onderwijs.

CogniGron

CogniGron is een grootschalig project voor technologische innovatie op wereldniveau. Het is één van de meest ambitieuze projecten dat het UEF ooit mogelijk maakte.

De onderzoekers van CogniGron ontwerpen ideeën en materialen om de digitale samenleving toekomstbestendig te maken.

Het internationale onderzoeksteam van CogniGron bestaat uit 22 hoogleraren en meer dan 100 docenten, promovendi en masterstudenten. Zij werken samen aan de ontwikkeling van een extreem energiezuinige supercomputer.

Terug naar de basis van technologie

Het internetverkeer neemt razendsnel toe, waardoor datacenters wereldwijd tegen hun grenzen aan lopen. Toch maken we steeds vaker gebruik van de cloud om te streamen en op slimme apparaten te werken. Terwijl de chips die deze enorme hoeveelheid data verwerken in grote lijnen hetzelfde zijn gebleven.

Het vermogen van nieuwe generaties laptops en smartphones neemt slechts geleidelijk toe. Dat geldt ook voor supercomputers: innovatie heeft tot nu toe slechts bescheiden verbeteringen opgeleverd.

Een duurzame toekomst vraagt juist om revolutionaire vernieuwing die de energie-efficiëntie van huidige supercomputers doet verbleken. Door de technologie zoals we die kennen op een compleet andere manier te benaderen, wil CogniGron deze doorbraak waarmaken.

Het brein als inspiratiebron

De onderzoekers van CogniGron zijn gespecialiseerd in neuromorfische technologie, een nieuw vakgebied dat materialen ontwikkelt met het menselijk brein als uitgangspunt. Digitale supercomputers lijken misschien indrukwekkend, maar het menselijk brein is vele malen sneller in het verwerken van data. En heeft daar ook nog eens veel minder energie voor nodig.

CogniGron ontwerpt slimme materialen op basis van de biologie van het brein: kleine deeltjes met het vermogen zelf te leren nadenken. Een chip op basis van deze technologie, zou krachtig genoeg zijn om in één keer honderden, of zelfs duizenden generaties computers te overtreffen.

Grootschalige impact

Met neuromorfische technologie komen talloze toepassingen in beeld: de inzichten van CogniGron kunnen een rol spelen in de ontwikkeling van deep learning, zelfsturende auto’s, robots, of systemen die in staat zijn een natuurramp te voorspellen. De mogelijkheden zijn grenzeloos.

Het experimentele onderzoek van CogniGron zou niet mogelijk zijn zonder de meest geavanceerde apparatuur en uitzonderlijk gedreven onderzoekers die de grenzen van de wetenschap durven te verleggen. Het project kwam tot stand dankzij een gift van een anonieme schenker.

Stories

Computers zo energiezuinig als hersenen, interview met Georgi Gaydadjiev

Geavanceerde computertechnologie die is geïnspireerd op onze hersenen, dat is waar CogniGron hard aan werkt. Georgi Gaydadjiev is hoogleraar binnen dit Groningse consortium: ‘Als wij de basisprincipes uit de werking van hersenen weten te filteren, dan hebben we iets heel bijzonders in handen.’

Het dataverkeer in deze digitale tijd neemt razendsnel toe. Zó snel, dat onze computers die ontwikkeling nauwelijks kunnen bijbenen. Bovendien hebben die apparaten veel energie nodig om al deze data te kunnen verwerken. Nu al gaat meer dan tien procent van de wereldwijde energievraag naar ICT.

Om onze samenleving toekomstbestendig te maken is daarom een heel nieuw type computer nodig, gebaseerd op heel andere principes. Dat is de stelling van CogniGron, een Gronings collectief op topniveau, gefinancierd door het Ubbo Emmius Fonds. Binnen CogniGron werken tweeëntwintig hoogleraren en meer dan honderd docenten, promovendi en masterstudenten uit allerlei landen samen aan de ontwikkeling van de superzuinige, superkrachtige computers van de toekomst.

Een van die hoogleraren is ingenieur Georgi Gaydadjiev, van oorsprong Bulgaar maar inmiddels al meer dan dertig jaar in Nederland – met een paar intermezzo’s in Engeland en Zweden. Hij vertelt, zorgvuldig formulerend in zeer vloeiend Nederlands, waar CogniGron om draait en waarom hij er zo warm voor loopt. ‘Het meest bijzondere aan dit werk? Wij combineren principes uit de wiskunde, kunstmatige intelligentie, materiaal-, computer- én hersenwetenschappen. Dat is echt een unieke aanpak.’

Vanwaar deze nieuwe aanpak? Wetenschappers werken toch al heel lang aan een kwantumcomputer, die alles gaat oplossen?

‘Dat klopt. Ook een kwantumcomputer gaat uiteindelijk op een heel andere manier berekeningen uitvoeren dan onze huidige computers. Maar het probleem is dat de kwantumnatuurkunde, de theorie waarop die computer is gebaseerd, nog sterk in ontwikkeling is. Het werk daaraan is nog heel fundamenteel. En daarom is de toepassing nog vrij ver weg, misschien nog wel twintig jaar. Wij zoeken naar een oplossing voor de tussentijd. Een oplossing die daarnaast ook bepaalde dingen kan waar een kwantumcomputer niet geschikt voor is.’

Waaruit bestaat die oplossing?

‘Wij zoeken naar de combinatie van concrete materiaaleigenschappen en principes uit de hersenwetenschappen om bepaalde berekeningen te kunnen uitvoeren. Uiteindelijk resulteert dat in een systeem dat alleen reageert op de relevante signaalveranderingen uit zijn omgeving, net als onze hersenen. De hersenen verwerken ook niet voortdurend alle informatie die binnenkomt – dan we zouden we stapelgek worden en niets meer gedaan krijgen. Nee, ik zie bijvoorbeeld iets bewegen, en pas dan zal een deel van mijn hersenen in actie komen om de bijbehorende, zeer specifieke informatieverwerking uit te voeren. Dat is wat brain-inspired computing ook gaat doen. En dat is veel efficiënter vergeleken met huidige computers.’

Wat zijn dat dan voor materialen?

‘Het zijn materialen met bepaalde combinaties van bijvoorbeeld elektrische, magnetische en thermische eigenschappen. De kennis daarover – waar Groningen overigens al langer heel sterk in is – combineren we met kennis uit al die andere disciplines. Dat is zo uniek aan dit werk. Maar begrijp me goed: we willen geen kunstmatige hersenen bouwen. We willen de basisprincipes van de informatieverwerking in hersenen begrijpen en inzetten voor efficiënte dataverwerking. Hoe kan het bijvoorbeeld dat onze hersenen zó snel zijn, zó krachtig en efficiënt, en zó’n groot geheugen hebben, en tegelijkertijd zo weinig energie gebruiken?’

Maar van de werking van de hersenen is nog maar een fractie bekend… Is dat niet frustrerend?

‘Nee, nee, nee! Dat is nu juist de uitdaging! Iets zoeken, iets maken wat een oplossing biedt voor een echt maatschappelijk probleem, gebaseerd op hoe het in de natuur geregeld is. De natuur is het gelukt. Natuurlijk, dat heeft miljoenen jaren gekost, maar dat was dankzij bepaalde basisprincipes. Als wij die eruit weten te filteren, dan hebben we iets heel bijzonders in handen. Juist dát maakt dit werk heel erg leuk.’

Is het realistisch dat dit gaat lukken?

‘Als ingenieur wil ik problemen altijd zoveel mogelijk opknippen in haalbare projectjes. Projectjes die ook echt een verschil gaan maken – niet alleen voor de wetenschap, maar juist ook voor de maatschappij. Ik denk niet dat we een generieke oplossing gaan vinden, een complete, cognitieve supercomputer die alles kan. Wij richten ons daarom op een bepaalde functie, of een bepaalde set van functies, waarmee we meer en meer basisprincipes ontrafelen. Uiteindelijk komen we dan wel richting een generieke oplossing. En in de tussentijd kunnen we die kleine puzzelstukjes al wel inpassen in de huidige computers, om die veel beter te maken. En dat doen we ook al. Dat is het mooie.’

Welke toepassingen komen nu in zicht?

‘Denk bijvoorbeeld aan weer- en klimaatmodellen. Die worden steeds dynamischer en complexer. Daarom verwerken ze steeds meer data, met een steeds hogere resolutie in ruimte en tijd. Daarbij lopen we nu al tegen grenzen aan. Als je nu bijvoorbeeld héél nauwkeurig het weer voor morgen wilt voorspellen, dan is een computer een week bezig om de berekeningen uit te voeren. Dan komt die voorspelling dus te laat en heb je er niks aan. Voor de wereldwijde klimaatmodellen geldt dat nog veel sterker – die kijken naar grotere gebieden en vooral naar langere tijdsperioden. Dat lukt nu nog niet zo nauwkeurig, met de huidige modellen.’

Kunt u nog een voorbeeld noemen?

‘Er zijn ook veel mogelijke toepassingen in de medische wereld. Op basis van metingen willen artsen patiënten steeds gerichtere en persoonlijkere behandelingen bieden. Ook daarvoor heb je steeds meer rekenkracht nodig. Neem bijvoorbeeld een kankerpatiënt die wordt bestraald. De arts gebruikt een scan om heel precies alléén de tumor te bestralen, en niet het omringende gezonde weefsel. De arts gebruikt die ene scan voor een hele reeks bestralingen, over meerdere weken. Maar we weten dat organen niet statisch in het lichaam liggen: ze veranderen soms van plek en van oriëntatie. Je zou eigenlijk een patiënt moeten scannen tijdens het bestralen. Daarvoor heb je veel krachtiger rekenwerk nodig dan computers nu aankunnen.’

Maar gaat dit dan echt lukken voordat die kwantumcomputer er is?

‘Ja, daar ben ik 100 procent van overtuigd. Wij kunnen dit laatste voorbeeld zeker binnen vijf tot tien jaar waarmaken. We zijn al een geweldig eind op weg. Ik kan niet genoeg onderstrepen dat CogniGron echt een pionier is in Europa. Er zijn maar weinig initiatieven die de kennis en capaciteiten van al deze disciplines zó doeltreffend bij elkaar brengen. Daar kan Groningen echt heel trots op zijn.’

Tekst: Nienke Beintema, illustratie: Vera Post, dit interview verscheen ook in alumnimagazine Broerstraat 5, december 2022

Experts & Bestuur

Directeur en Coördinator

CogniGron wordt aangestuurd door de Wetenschappelijk Directeur met ondersteuning van het Coördinerend Bureau.

prof. dr. Beatriz Noheda (Madrid, 1968)

Wetenschappelijk directeur CogniGron en hoogleraar Functionele Nanomaterialen

Beatriz Noheda is verantwoordelijk voor alle onderzoeksprojecten van CogniGron en samenwerkingen op nationaal en internationaal niveau.

Voordat zij in 2004 naar Groningen kwam, was zij als onderzoeker werkzaam bij het Brookhaven National Lab in New York, het Clarendon Laboratory van Oxford University en de Vrije Universiteit Amsterdam. Ze behaalde haar PhD in Natuurkunde aan de Universidad Autónoma de Madrid in 1996.

dr. Jasper van der Velde (Nederland, 1988)

Wetenschappelijk coördinator CogniGron

Jasper van der Velde is verantwoordelijk voor de ontwikkeling en implementatie van CogniGron’s wetenschappelijk programma, samenwerkingen met universiteiten en het bedrijfsleven en het aantrekken van nieuwe onderzoekers.

Hij behaalde zijn PhD in Scheikunde en Natuurkunde aan de RUG in 2016, waarvoor hij onderzoek deed aan de University of California Irvine.

Programmabestuur

Het Programmabestuur is verantwoordelijk voor de onderzoeksagenda, het budget en het werven van nieuwe staff. De Wetenschappelijk Directeur is voorzitter van het Programmabestuur.

De Raad van Toezicht beoordeelt de financiële planning en de langetermijnstrategie. Daarnaast heeft CogniGron een internationale wetenschappelijke adviesraad voor het bepalen van de toekomstige onderzoeksprioriteiten.

prof. dr. Maria Antonietta Loi (Italië, 1973)

Hoogleraar Fotofysica en Opto-elektronica

Professor Loi is een veelgevraagd expert voor wetenschappelijke publicaties in haar vakgebied, dat zich richt op het gebruik van licht om elektriciteit op te wekken.

Voordat zij haar wetenschappelijke carrière aan de RUG startte, werkte zij als postdoc onderzoeker bij het Linz Institute for Organic Solar Cells in Oostenrijk en de Nationale Onderzoeksraad van Italië in Bologna. Ze behaalde een PhD in Natuurkunde aan de Universiteit van Cagliari.

prof. dr. Georgi Gaydadjiev (Bulgarije, 1964)

Hoogleraar Innovatieve Computerarchitectuur

Naast zijn aanstelling bij de RUG, is professor Gaydadjiev bijzonder hoogleraar Informatica aan Imperial College London en bijzonder hoogleraar aan de TU Delft.

Hij werkte 30 jaar lang als ontwikkelaar in Research & Development voor software en hardware en was tevens docent aan de TU Chalmers in Göteborg. Professor Gaydadjiev behaalde een PhD in Informatica aan TU Delft.

prof. dr. Tamalika Banerjee (India, 1970)

Hoogleraar Spintronica van Functionele Materialen

Voordat ze hoogleraar werd aan de RUG, was professor Banerjee gastonderzoeker bij het Francis Bitter Magnet Laboratory van het Massachusetts Institute of Technology.

Ook was ze als postdoc onderzoeker werkzaam bij het Tata Institute for Fundamental Research in Mumbai. Ze behaalde een PhD in Natuurkunde aan de Universiteit van Madras (Chennai), India.

prof. dr. Lambert Schomaker (Nederland, 1957)

Hoogleraar Kunstmatige Intelligentie en Cognitieve Technologie

Professor Schomaker stond aan het hoofd van internationale projecten op het gebied van handschriftanalyse en forensische auteursherkenning, en was als senior adviseur verbonden aan initiatieven van TU Eindhoven en Radboud Universiteit Nijmegen.

Zijn werk was een voorloper van de technologie voor handschrift- en gebaarherkenning die nu voor tablets zoals de iPad wordt gebruikt. Hij promoveerde in Kunstmatige Intelligentie aan de Radboud Universiteit Nijmegen.

prof. dr. Caspar Van der Wal (Nederland, 1971)

Hoogleraar Quantum Devices

Caspar van der Wal is directeur van het Zernike Institute for Advanced Materials bij de RUG, gericht op nanowetenschappen en biofunctionele materialen en een belangrijke partner voor CogniGron.

Na het behalen van zijn PhD in Kwantummechanica aan TU Delft, was hij werkzaam als postdoc onderzoeker aan Harvard University. Sinds 2003 is hij docent en onderzoeker aan de RUG en ontving hij meerdere prijzen en subsidies voor zijn werk.

dr. Alef Sterk (Nederland, 1982)

docent-onderzoeker in Interdisciplinaire Toepassingen van Wiskunde

Alef Sterk is gespecialiseerd in dynamische systemen - een tak van de wiskunde die veel raakvlakken heeft met geometrie en kansberekeningen.

Zijn werk bestudeert de manier waarop systemen op lange termijn reageren op onvoorspelbare veranderingen in hun omgeving.

Hij is bestuurslid van het Koninklijk Wiskundig Genootschap en was eerder als associate research fellow verbonden aan de University of Exeter in Groot-Brittannië. Hij promoveerde in de Wiskunde aan de RUG.

prof. dr. Niels Taatgen (Nederland, 1964)

Hoogleraar Kunstmatige Intelligentie

Niels Taatgen is gespecialiseerd in het nabootsen van de denkprocessen van de mens. Met computersimulaties brengt hij in kaart wat er in ons brein gebeurt als we multitasken en onderzoekt hij hoe computerchips dat op vergelijkbare wijze zouden kunnen leren.

Hij is ook directeur van het Bernoulli Institute for Mathematics, Computer Science and Artificial Intelligence aan de RUG, en was eerder als onderzoeker werkzaam bij de Carnegie Mellon University in Pittsburgh. Hij promoveerde aan de RUG in Cognitieve Technologie.

De diverse vakgebieden van CogniGron's experts

Wetenschappelijke Adviesraad

Giacomo Indiveri, ETH Zurich, Zwitserland

Julie Grollier, CNSR Thales, Frankrijk

Heike Riel, IBM Zurich, Zwitserland

Ivan Schuller, University of California, San Diego, VS

Rainer Waser, RWTH Aachen University & Peter Grünberg Institute, Julich, Duitsland

Yoeri van de Burgt, TU Eindhoven

Wilfred van der Wiel, TU Twente

Chris Eliasmith, University of Waterloo, Canada

Susan Stepney, University of York, Groot-Brittannië

Raad van Toezicht

Hans Biemans, College van Bestuur RUG

Joost Frenken, decaan Faculteit Science & Engineering RUG

Esther-Marije Klop, managing director Faculteit Science & Engineering RUG

Meer weten?

Het UEF is er voor donateurs, foundations, alumni en iedereen die nieuwsgierig is naar de toekomst.

Neem contact met ons op