Prozessoren, Schnittstellen, Architekturen Projekt CeCaS: Hochleistungsrechner für zukünftige Autos

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Im Projekt CentralCarServer, kurz CeCaS, entwickeln 30 Partner aus Industrie und Forschung Prozessoren, Schnittstellen und Systemarchitekturen für Hochleistungsrechner in hochautomatisierten Fahrzeugen. Das KIT steuert Hardwarebeschleuniger und Benchmarking-Software bei.

Die Digitalisierung hat längst Einzug in die Mobilität gehalten: Moderne Autos basieren zunehmend auf einer E/E-Architektur, die die Elektrik und Elektronik in Zonen beziehungsweise Domänen aufteilt. Zukünftige Fahrzeuge werden noch stärker als heutige Vehikel hochautomatisiert und vernetzt sein. Dazu benötigen sie leistungsstarke Computersysteme, die anspruchsvolle Berechnungen auch in Echtzeit ausführen und riesige Datenmengen verarbeiten müssen.

Dafür entwickeln 30 Partner aus Industrie und Forschung im Projekt CentralCarServer (CeCaS) geeignete Prozessoren, Schnittstellen und Systemarchitekturen. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist mit zwei Instituten an dem von Infineon koordinierten Projekt beteiligt. Das Bundesforschungsministerium fördert CeCaS innerhalb der Initiative Mannheim.

Die nächsten Generationen von Fahrzeugen werden zunehmend automatisiert und vernetzt sein, um sich immer autonomer im Straßenverkehr zu bewegen und Fahrende schrittweise zu entlasten. Dies erfordert eine enorme Rechenleistung, die nur die jeweils leistungsstärksten Computersysteme erbringen können – ob in den Fahrzeugen selbst, entlang der Straßen oder in den übergeordneten Rechenzentren. So benötigen die Fahrzeuge neben internen und mit der Außenwelt verbundenen Kommunikationssystemen einen Zentralrechner. Dieser wiederum besteht aus Teilkomponenten, die anspruchsvolle Berechnungen ausführen, riesige Datenmengen verarbeiten und dabei höchste Zuverlässigkeit erreichen müssen.

KIT und TUM haben wissenschaftliche Koordination übernommen

Im Forschungsprojekt CeCaS arbeiten 30 Partner aus Industrie und Forschung an den Architekturen, den Software-Engineering-Prinzipien und den Realisierungsformen für zukünftige Hochleistungsrechner im Auto. Die Koordination des Gesamtvorhabens liegt bei der Infineon Technologies AG. Die wissenschaftliche Koordination haben das KIT mit Professor Jürgen Becker, Leiter des Instituts für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV), und Professor Jörg Henkel, Leiter des Forschungsbereichs Eingebettete elektronische Systeme am Institut für Technische Informatik (ITEC-CES), sowie die Technische Universität München (TUM) mit Professor Alois Knoll, Leiter des Lehrstuhls für Robotik, Künstliche Intelligenz und Echtzeitsysteme (AIR) übernommen.

„Die Entwicklung energie- und kosteneffizienter Hochleistungsrechner mit vollständiger Automotive-Qualifizierung, die den enormen Anforderungen an Rechenleistung und Komplexität skalierbar gerecht werden, trägt entscheidend zur Zukunftsfähigkeit und technologischen Souveränität der deutschen Automobilindustrie bei“, sagt Becker. In CeCaS entstehe Automotive-Supercomputing, das höchste Standards der Sicherheit und Zuverlässigkeit erfülle. Das Projektkonsortium entwirft dazu Prozessoren, Schnittstellen und Systemarchitekturen. Eine flexible Softwareumgebung wird auf die Anforderungen neuester Algorithmen im Automobil zugeschnitten – speziell, aber nicht nur, für den Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI).

Hardwarebeschleuniger ermöglichen hocheffektive Bildverarbeitung

Das KIT hat in CeCaS den Entwurf von neuartigen Mehrzweck-Hardwarebeschleunigern zur hocheffektiven Bildverarbeitung samt Integration von zuverlässiger KI im Automobil übernommen. Die neuartigen Beschleuniger werden über Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen angebunden und in die Hochleistungsprozessoren integriert. Dabei fokussieren die Forschenden besonders die KI-Komponenten zwischen den Sensorknoten und dem Zentralrechner. Zudem arbeitet das KIT innerhalb von CeCaS an neuen Entwicklungswerkzeugen zur Analyse und Einhaltung von Echtzeitkriterien sowie an umfassender Benchmarking-Software zur Evaluation der Hardwarebeschleuniger.

„Der Fortschritt in der Automobiltechnik hängt direkt vom Fortschritt in der Rechentechnik und Informatik ab – vor allem aber von der Fähigkeit der Automobilindustrie, moderne Chiptechnologien für sich zu nutzen“, erklärt Becker. „CeCaS unterstützt die deutsche Automobilindustrie dabei, auch im digitalen Zeitalter eine führende Rolle im globalen Wettbewerb zu spielen.“ (me)

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