Forschen für eine vertrauenswürdige Elektronik: ALU-Forscher sorgen für zuverlässige Prozessoren

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Quelle: Scale4Edge

„Made in Germany“ soll aus Sicht des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) auch bei Schlüsseltechnologien, die den digitalen Fortschritt vorantreiben, wieder in den Vordergrund rücken. Unter dem Dach der Leitinitiative „Vertrauenswürdige Elektronik“ fördert das BMBF Verbundprojekte, die die Produktion von zuverlässiger und sicherer Elektronik ermöglichen. Das Team der Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur an der Albert-Ludwigs-Universität ist bei einem der ersten geförderten Projekte, dem Projekt „Scale4Edge“, dabei. Die Freiburger IT-Experten bringen Methoden und Werkzeuge ein, die mit Selbsttests – sozusagen einem integrierten Hardware-TÜV – sicherstellen, dass die Elektronik korrekt funktioniert, bzw. auftretende Fehler schnell erkennen und lokalisieren können.

Eingebettete Systeme, die durch die Integration von Prozessoren, Spezialhardware und Software entstehen, sind inzwischen unverzichtbarer Bestandteil unseres Alltags, sei es im Verkehrswesen ((autonome) Fahrzeuge, Eisenbahnen und Flugzeuge), in der Medizintechnik, in der Industrieautomation, oder auch in der Mobilkommunikation und Unterhaltungselektronik. „Das Rechenzentrum dieser Systeme“, erläutert Professor Dr. Bernd Becker, der Leiter der Freiburger Arbeitsgruppe, „ist der Prozessor, in dem die anfallenden Daten verarbeitet und daraus resultierende Aktionen eingeleitet werden.“ Je nach Anwendung seien ganz unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen – z.B. Entscheidungen und Reaktionen im Millisekundenbereich, aber auch Sammeln und Verarbeiten von „Unmengen“ anfallender Daten. Man benötige also Lösungen, die eine Anpassung an den jeweiligen Einsatzbereich ermöglichen und dort effizient, sicher und verlässlich funktionieren.

Daran arbeiten die Freiburger Forscher und 21 Partnerinnen und Partner aus Industrie und Forschung in dem Verbundprojekt Scale4Edge. Dabei setzen die Projektpartner auf den in Fachkreisen anerkannten sogenannten RISC-V Befehlssatz. Unter Befehlssatz versteht man die Menge aller Befehle, die der Computer direkt versteht. Der RISC-V Befehlssatz erlaubt konzeptuell Anpassungen und Erweiterungen gemäß der intendierten Applikation. Auf dieser Basis erforscht und konzipiert Scale4Edge eine Entwicklungsplattform, mit der die Daten von elektronischen Geräten schnell und verlässlich analysiert und weiterverarbeitet werden können. Die Plattform wird für alle Anwenderinnen und Anwender, die in diesem Bereich arbeiten, öffentlich zugänglich sein und den Zugriff auf zuverlässige sowie effiziente Komponenten ermöglichen.

Die Arbeitsgruppe von Becker verfügt über langjährige Erfahrung im Bereich Qualitätssicherung. Der Test von Schaltungen und Systemen spielt dabei eine besondere Rolle. In Scale4Edge entwickelt sie daher in enger Kooperation mit Infineon Methoden und Werkzeuge, die auf einen effizienten Selbsttest der Mikroarchitektur sowohl unmittelbar nach der Produktion als auch im Betrieb abzielen. Beides sind wesentliche Bestandteile zum Aufbau einer korrekt funktionierenden RISC-V Plattform: Fertigungstests sind die Voraussetzung für eine reibungslose Inbetriebnahme der vorliegenden RISC-V „Instanz“. Tests im Betrieb kontrollieren zuverlässiges, funktionsgemäßes Verhalten bzw. erlauben Diagnose und Analyse bei Abweichungen vom erwarteten Verhalten und sind damit wesentlich für die Qualitätssicherung der verwendeten Prozessor-Hardware und der korrespondierenden Applikation.

Das Projekt Scale4Edge wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Leitinitiative für „vertrauenswürdige Elektronik“ mit knapp 17,3 Millionen Euro für drei Jahre gefördert. Davon erhält die Arbeitsgruppe für Rechnerarchitektur an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg rund 800 TEuro.

Weitere Informationen:
https://scale4edge.edacentrum.de

Kontakt:
Prof. Dr. Bernd Becker
Professur für Rechnerarchitektur
Institut für Informatik
https://ira.informatik.uni-freiburg.de
E-Mail: becker(at)informatik.uni-freiburg.de
Tel.: 0761/203-8141

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