Wissenschaftler*innen der Universität Paderborn haben im Rahmen des Verbundprojekts „Scale4Edge“ bedeutende Fortschritte in der Entwicklung sicherer und energieeffizienter Chips erzielt. Wie uni-paderborn.de berichtet, zielt das Projekt darauf ab, ein Ökosystem zu schaffen, das die schnelle Entwicklung von Halbleiterchips für Spezialanwendungen ermöglicht. Unter der Leitung von Infineon Technologies AG arbeiten neben dem Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn insgesamt 18 Projektpartner*innen aus Industriefirmen, Universitäten und Forschungseinrichtungen zusammen.
Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) unterstützt diese innovative Initiative mit rund 30 Millionen Euro über einen Zeitraum von 5,5 Jahren. Ein wichtiger Fokus des Projekts liegt auf Edge Computing, das eine dezentrale Datenverarbeitung am Rand von Netzwerken, wie in Fabriken, der Medizintechnik und im Verkehrsbereich, ermöglicht.
Vorteile und Anwendungen von Edge Computing
Edge Computing bietet zahlreiche Vorteile, darunter eine schnellere, intelligentere und effizientere digitale Transformation. Es ermöglicht eine sofortige Reaktion auf Ereignisse, was in sensiblen Branchen wie der vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance) und der schnelleren medizinischen Diagnostik von entscheidender Bedeutung ist. Die im Rahmen des Projekts entwickelten RISC-V-Prozessoren repräsentieren eine offene Befehlssatzarchitektur, die eine kostengünstige und schnelle Gestaltung neuer Prozessoren ohne Lizenzgebühren erlaubt.
Ein zentrales Ziel von „Scale4Edge“ ist die Schaffung einer flexiblen Plattform zur Optimierung von Anwendungs-spezifischen Edge-Geräten und -Diensten, was auch die feingranulare Anpassung von Komponenten auf der Ebene der CPU-Anweisungen, Software und Betriebssysteme/Firmware umfasst. Diese Anpassungsfähigkeit wird durch eine maßgeschneiderte RISC-V-Architektur gewährleistet, die auf Energieeffizienz, Fehlertoleranz, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Schutz abzielt, wie project.edacentrum.de ergänzt.
Technologische Entwicklungen und Kooperationen
Die Ergebnisse des Projekts umfassen kommerziell verfügbare, individuelle Prozessoren, die sowohl zuverlässig als auch leistungsstark sind. Eine bedeutende Kooperation mit dem Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) zielt darauf ab, fehlertolerante Prozessarchitekturen zu entwickeln. Zudem wurde die HiRel-TETRISC-Architektur implementiert, die teilweise als Open Source verfügbar ist.
Die Entwicklung schneller Datenschnittstellen, wie „SerDes“ und „CDR“, ist ebenfalls Teil des Projekts und optimiert die effiziente und fehlerfreie Datenübertragung. Darüber hinaus umfasst das Ökosystem verschiedene Compiler, darunter:
- CompCert: Ein formal verifizierter Compiler für sicherheitskritische Anwendungen, ausgezeichnet mit dem ACM Software System Award 2022.
- X-LLVM: Ein erweiterbarer Compiler für benutzerdefinierte Anweisungen, der auf Clang/LLVM basiert und Automatisierung für benutzerdefinierte Hardware ermöglicht.
- GCC: Unterstützt über 120 Befehlszeilenoptionen zur Optimierung und wird zur Performance-Evaluierung verwendet.
Diese technologischen Entwicklungen und innovative Ansätze tragen zur Stärkung der Technologiesouveränität Deutschlands bei und erhöhen die Datensouveränität in Endanwendungen, was für die Zukunft der Digitalwirtschaft von großer Bedeutung ist.