Innovationen im Halbleitersektor sind keine Seltenheit, doch aktuell hat die Universität Paderborn in Zusammenarbeit mit der Infineon Technologies AG und weiteren Partnern ein besonders spannendes Projekt ins Leben gerufen. Im Rahmen des Vorhabens „Scale4Edge“ wurde ein Ökosystem zur Entwicklung von Halbleiterchips für Spezialanwendungen geschaffen, das in den kommenden Jahren wegweisende Veränderungen verspricht. Gefördert durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit rund 30 Millionen Euro über 5,5 Jahre, liegt der Fokus auf der Reduzierung von Entwicklungszeit und -kosten für spezifische Edge-Prozessoren.
Aber was genau steckt hinter Edge Computing? Es handelt sich um einen Ansatz, der die Datenverarbeitung und -speicherung dezentralisiert, um unmittelbare Reaktionen auf wichtige Ereignisse zu ermöglichen. Dieser Trend gewinnt vor allem in Fabriken, in der Medizintechnik sowie im Straßenverkehr an Bedeutung. Die Analysten von SiFive stellen fest, dass Edge Computing bereits vor der Einführung Künstlicher Intelligenz (KI) schnell wuchs und heutzutage ein zentraler Bestandteil des Internet der Dinge (IoT) ist. In Anwendungsbereichen wie Smart Home Geräten, Fabrik- und Industrieanwendungen sowie im Gesundheitswesen und bei autonomen Fahrzeugen spielt Edge Computing eine entscheidende Rolle.
RISC-V: Der Schlüssel zur Effizienz
Ein Herzstück des Scale4Edge-Projekts ist der Entwurf und die Erprobung von RISC-V-Prozessoren. Diese offene Befehlssatzarchitektur erlaubt es, kostengünstige und rasche Entwicklungen neuer Prozessoren ohne Lizenzgebühren zu realisieren. RISC-V-basierte Geräte sind besonders geeignet für Echtzeit- oder nahezu Echtzeitverarbeitung, was sie ideal für anspruchsvolle Anwendungen macht. Dank der hohen Leistungsdichte und Energieeffizienz sind sie auch bestens für kleine, oftmals batteriebetriebene Edge-Geräte geeignet.
Ein weiterer Vorteil dieser Architektur ist die flexible und kompatible Software, die dazu beiträgt, die Systemkosten zu senken und die Integration von Edge-Geräten zu beschleunigen. Mit der SiFive Essential Serie wird der Übergang zu Edge-basierten Lösungen in vielen Branchen unterstützt. Ob in der Produktion zur Vorhersage von Wartungsbedarf (Predictive Maintenance) oder in der schnellen medizinischen Diagnostik – die Einsatzmöglichkeiten sind enorm.
Entwicklung und Umsetzung
Die Universität Paderborn arbeitet in diesem Projekt eng mit dem Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) zusammen, um fehlertolerante Prozessarchitekturen zu entwickeln. Dies schließt die Implementierung schneller Datenschnittstellen wie „SerDes“ und „CDR“ ein, die für eine effiziente und fehlerfreie Datenübertragung entscheidend sind. Die Chips werden in fortschrittlichen Technologien von 22 Nanometern (nm) bis 130nm realisiert, wobei sichergestellt wird, dass sie auch unter schwierigen Bedingungen zuverlässig arbeiten.
Alle Ergebnisse zielen darauf ab, kommerziell verfügbare, individuelle Prozessoren zu schaffen, die zuverlässig, leistungsstark und robust sind. Eine besondere Errungenschaft ist die Entwicklung der HiRel-TETRISC-Architektur, die teilweise als Open Source zur Verfügung steht. Dies fördert nicht nur die technologische Innovation, sondern stärkt auch die Technologiesouveränität Deutschlands und erhöht die Datensouveränität in Endanwendungen. Angesichts des schnell wachsenden Bedarfs an Edge Computing wird es spannend sein zu beobachten, wie dieses Projekt und seine Entwicklungen in Zukunft voranschreiten.
Für weitere Informationen über die Innovationskraft von Edge Computing und RISC-V-Verfahren, lesen Sie die vollständigen Berichte auf uni-paderborn.de und sifive.com.