Fakultät Ingenieurwissenschaften, Informatik und Psychologie

Zeitkritische Übertragung und Informationsverarbeitung

Die Steigerung der Leistungsfähigkeit von Prozessoren durch höhere Dichte und Taktfrequenzen sowie die Ausnutzung von Instruction Level Parallism (ILP) hat vor mehr als 10 Jahren seine Grenzen erreicht. Weitere Steigerungen wurden seither mit einer Erhöhung der Rechenkerne realisiert. Dieser Ansatz ist nun weitestgehend ausgeschöpft und es zeichnet sich eine zunehmende Vielfalt in den Hardwarearchitekturen ab. Als Beispiel können hier neben dem x86-basierten System auch ARM Kerne, FPGAs, General Purpose Graphical Processing Units (GPGPUs), Manycore-Systeme oder Vektorbeschleuniger, aber auch DSPs und Microcontroller genannt werden.
Gleichzeitig gibt es Entwicklungen wie das „Internet of Things“ (IoT) oder durch „Industrie 4.0“ die bisher nur in zentralen Datenzentren eingesetzten Hardwareplattformen nah an Produktionssystemen zu platzieren, um auf Sensordaten basierte Analysen mit geringen Latenzen zu realisieren. Dazu sind geeignete Methoden zur Übertragung der Signale der Sensoren zu den lokalen Recheneinheiten wie auch Kommunikationsmethoden und -protokolle zu finden, die Rechen- und Speicherressourcen in der Nähe (z.B. am Network Edge) oder auch im Core Netz (z. B. Cloud Data Centre) einbinden können. 

Aufgrund der lokal begrenzten Ressourcen sind auch Fragestellungen zu adressieren, wie nicht nur die Sensordaten oder Steuerbefehle mit geringen Latenzen, sondern auch Programmcode/Funktionalität je nach sich ändernder Anforderung von lokalen Einheiten über das Network Edge bis hin zum Network Core verlagert werden kann.
 
Es ergeben sich daraus eine Reihe von Fragestellungen:

  • Wie sind die von Sensoren bereitgestellten Informationen geeignet zu übertragen? Wie kann insbesondere durch geeignete Codierungsverfahren eine verlässliche Übertragung bei geringen Latenzen erreicht werden?
  • Wie kann eine Kopplung der sehr unterschiedlichen und heterogenen Hardwaresysteme realisiert werden, und wie muss z. B. unter Nutzung dynamischer Ausführungs- und Laufzeitumgebungen auf verändernde Last- und Kommunikationsbedingungen reagiert werden?
  • Wie kann zum einen die Heterogenität für den Softwareentwickler möglichst verborgen bleiben und gleichzeitig eine Ausnutzung der spezifischen Möglichkeiten der Hardware erfolgen?

 
Neben weiteren ingenieurwissenschaftlichen/physikalischen Fragestellungen wie der Entwicklung von geeigneten Sensoren und Konzepten aus dem Bereich der Maschinenentwicklung und -steuerung z. B. im Fabrikationsbereich sind hierzu insbesondere auch Kompetenzen im Bereich eingebetteter Systeme, Adaptiver Compiler/Entwicklungswerkzeuge oder Fragen zur Sicherheit relevant.
Forschungsförderung erfolgt derzeit sowohl auf DFG-Ebene, durch das Land Baden-Württemberg, durch BMBF- und EU-Projekte als auch direkt bilateral durch die Industrie.