Projekt | Universit?t Paderborn

?berblick

Scale4Edge ist ein vom BMBF gef?rdertes Verbundprojekt, das auf die signifikante Reduzierung der momentan relativ langen Entwicklungszeiten und hohen Entwicklungskosten von applikationsspezifischen Edge-Komponenten abzielt (Plattformkonzept). Der im Projekt verfolgte Ansatz beruht auf der Bereitstellung eines kommerziellen ?kosystems für eine skalierbare und flexibel erweiterbare Edge-Computing-Plattform nach Projektende. Das ?kosystem wird von einer Vielzahl von KMUs in Zusammenarbeit mit Industrie und Forschungsinstituten erstellt. Jedes KMU steuert seine Expertise bei und vermarktet nach Projektende das Ergebnis als Teil des eigenen Produktportfolios.

Das ?kosystem deckt alle essenziellen Aspekte wie Low-Power, Sicherheit, Zuverl?ssigkeit, Verifikation, Test, Compiler, Software-Bibliotheken und Debugging erg?nzt durch Spezifikation, Verifikationsplan und Dokumentation ab. Es bietet im Unterschied zu anderen Ans?tzen und Vorschl?gen eine ma?geschneiderte Komplettl?sung einschlie?lich Support an. Darüber hinaus entwickeln KMUs und Industriepartner prototypische Designs und erproben damit das ?kosystem. Die prototypischen Designs werden sp?ter ebenfalls in Produkte überführt.

Das Scale4Edge-?kosystem ist ?konomisch nur auf Basis der freien RISC-V-Instruktionssatzarchitektur m?glich, da diese einen kommerziell nutzbaren, standardisierten Basisinstruktionssatz bietet, der applikationsspezifische Erweiterungen ohne einschr?nkende IP-Rechte gestattet. Dadurch werden die sonst hohen Entwurfs- und Verifikationskosten für anzupassende CPU-Komponenten signifikant gesenkt. Durch die resultierenden Synergieeffekte im Projekt k?nnen mittels des Plattformkonzepts kostengünstig und professionell L?sungen als Scale4Edge-?kosystem angeboten werden, die in Summe eine deutlich günstigere und effizientere Entwicklung von Edge-Komponenten erlauben.

Die schnelle und nachhaltige Anwendung der Projektergebnisse sind oberstes Projektziel. Aus diesem Grund geht das Projekt neue Wege bei der Umsetzung. So sind alle Forschungsvorhaben auf eine Endanwendung ausgelegt, das hei?t vom Ende her gedacht und daher stets in Lieferketten eingebettet. Zus?tzlich sind die Forschungsarbeiten mit mehr Mitteln ausgestattet, um die Forschung zu vertiefen und gleichzeitig einen Schritt auf die Endanwendung hin zu machen. Au?erdem werden die Forschungsarbeiten kontinuierlich mit industrierelevanten Beispielen validiert, um eine hohe Messlatte für Ihre St?rke anzulegen. Dennoch - oder mit Blick auf weltweite Eliteuniversit?ten gerade deshalb - werden in der Forschung Spitzenergebnisse erwartet und zum Beispiel durch ?Best Paper Awards“ oder Preise für Promotionen best?tigt.

Bei der Durchführung des Vorhabens werden bew?hrte, agile Methoden eingesetzt. So wird bereits nach sechs Monaten eine Vorversion des ?kosystems, jedoch mit unvollst?ndigem Funktionsumfang bereitstehen. Quartalsm??ig wird der Funktionsumfang dann erweitert und validiert und mündet zu Projektende in einem Prototyp des Scale4Ege-?kosystems. Industrierelevante Chip-Prototypen werden mit dem zu diesem Zeitpunkt verfügbaren ?kosystem erstellt, um die hohe Qualit?t der Vorversionen des ?kosystems zu demonstrieren.

Motivation

Das Internet-der-Dinge (Internet-of-Things - IoT) wird sowohl den Lebensstandard im Privaten als auch die Produktivit?t der Industrie weltweit und damit auch in Deutschland dramatisch verbessern und viele Anwendungsgebiete (u.a. Automobil, Smart-Home, Logistik, Energiewirtschaft, Medizintechnik, Umweltinformation und Wettervorhersage) nachhaltig beeinflussen. Wichtige Voraussetzung für dieses Ziel ist die Bereitstellung von intelligenten Edge-Komponenten in gro?er Variantenzahl, die ma?geschneidert in ihre Umgebung eingebettet werden müssen und mit dieser selbstst?ndig interagieren. Dabei bezeichnen Edge-Komponenten die Ger?te, die zur Kommunikation zwischen Mensch und Umwelt bzw. Maschine und somit zwischen der realen zur virtuellen Welt ben?tigt werden und die, um eine akzeptable Nutzung zu gew?hrleisten, mit einem hohen Ma? an Intelligenz ausgestattet sein müssen. Hierfür ist eine ressourcen- und energieeffiziente Verarbeitung der Daten direkt in den Edge-Komponenten, im Gegensatz zur herk?mmlichen zentralisierten Datenverarbeitung in der Cloud, erforderlich, z.B. um Menschen intelligent zu unterstützen oder optimiert mit Maschinen und Umgebung zu interagieren. Hierbei sollen Sicherheit (Safety und Security) und Privacy mit vollst?ndiger Datensouver?nit?t garantiert werden. Neben dem IoT-Markt profitieren im selben Ma?e auch wichtige deutsche Schlüsselindustrien wie die Automobilindustrie, die Industrieautomatisierung und die Medizintechnik von den Technologien intelligenter Edge-Komponenten. Auch hier kann die Verlagerung der Datenverarbeitung in intelligente Edge-Komponenten zu neuartigen fortschrittlichen Applikationen führen. Momentan verfügbare Standardkomponenten sind für diese Anwendungsszenarien aufgrund der stark unterschiedlichen Auspr?gungen und Anforderungen ungeeignet, so dass für die deutsche Industrie und den deutschen Mittelstand ein gro?er Bedarf an anwendungsspezifischen Edge-Komponenten mit hohem Marktpotenzial besteht.

Innovation und Perspektiven

Scale4Edge tr?gt in mehrfacher Weise zur St?rkung der Technologiesouver?nit?t in Deutschland bei. Zum einen st?rkt das Projekt die Kompetenz deutscher Firmen und Universit?ten im Bereich der Prozessortechnologie im Entwurf und den zugeh?rigen Lieferketten für verschiedene Edge-Anwendungen und stellt nach Projektende als Ergebnis kommerziell verfügbare Produkte bereit. So werden neben neuen Prozessorarchitekturen auch innovative Software und besondere Verifikationsans?tze entstehen, so dass die Technologiesouver?nit?t für das ganze ?kosystem in Form von verschiedenen Lieferketten gest?rkt wird. Dadurch, dass Edge-Prozessoren das Verarbeiten und Speichern von Daten autonom durchführen, steigert dies im Gegensatz zu Cloud-Anwendungen die Datensouver?nit?t in der Endanwendung. Dies wird dadurch gest?rkt, dass die Sicherheit der Plattform ein explizites Teilziel des Vorhabens darstellt.

Durch den engen und in wesentlichen Teilen offenen Verbund deutscher Industrie- und Forschungspartner tritt das Vorhaben mit einem hohen Anspruch an, die Vertrauenswürdigkeit an die im Scale4Edge-?kosystem entwickelten Produkte an. Hierzu geh?ren auch standardkonforme Entwurfsprozesse, teilweise quelloffene Software und ebenso die Sicherheit (Safety, Security) der Plattform sowie eine intensive ?berprüfung und Analyse der Entwicklungen.