Die Computerarchitektur konzentriert sich traditionell auf Allzweckprozessoren (CPUs), die für die Bewältigung einer Vielzahl von Aufgaben konzipiert sind. Die steigenden Anforderungen spezifischer Anwendungen wie maschinelles Lernen oder Netzwerkverarbeitung haben jedoch zur Entwicklung sogenannter domänenspezifischer Architekturen (DSAs) geführt. DSAs sind auf herausragende Leistungen in einem bestimmten Bereich zugeschnitten und erzielen im Vergleich zu Allzweck-CPUs häufig erhebliche Leistungs- und Energieeffizienzsteigerungen.

Eine Technik zur Verbesserung der Leistung oder Energieeffizienz (oder beides!) Rechenintensive Aufgaben von der CPU auf spezialisierte Hardwarebeschleuniger verlagert. Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) bieten eine flexible Plattform zur Implementierung dieser Beschleuniger und ermöglichen eine Anpassung und Optimierung der Hardware, um sie an die spezifischen Algorithmen und Datenstrukturen der Zielanwendung anzupassen. Diese Kombination aus CPUs und FPGA-basierter Beschleunigung ermöglicht es Systemen, komplexe Workloads effizienter zu bewältigen.

Open Source hat die Softwareentwicklung revolutioniert und die freie Nutzung und Änderung ermöglicht. Um Kosten und Risiken zu minimieren und die Einhaltung moderner Automobil-, Industrie-, Medizin- oder Telekommunikationssysteme sicherzustellen, ist die Wiederverwendung von Software unerlässlich. Die Nutzung vorhandener Codes, ob Open Source oder intern, reduziert Entwicklungszeit und Fehler und vereinfacht die Einhaltung von Rechts- und Sicherheitsstandards.

Endric hat an der Schnittstelle dieser drei Themen gearbeitet: Domänenspezifische Architekturen, bei denen - meist Open Source - Software durch den Einsatz von FPGAs beschleunigt werden soll. Daher werden Berechnungen von Software auf Silizium umgestellt!

Forschungsprojekte konzentrieren sich auf Datenautobahnen für Banken, Fabriken und Fahrzeuge, die riesige Datenmengen zuverlässig, sicher und zeitnah transportieren können:

• Zuverlässigkeit bedeutet, sich vor Datenverlust zu schützen, um eine ordnungsgemäße Datenbereitstellung zu gewährleisten, beispielsweise durch die Verbesserung bestehender Transportprotokolle wie TCP/IP oder durch die Erforschung von Alternativen.
• Sicherheit bedeutet Funktionale Sicherheit wie in ISO 61508 zum Schutz des Menschen vor technischen Störungen, beispielsweise durch Redundanzen und Wachhunde.
• Sicherheit bedeutet, dass alle Daten, ob in Bewegung oder in Ruhe, geheim gehalten und vor Leckagen und Manipulationen geschützt werden müssen, beispielsweise durch On-the-Fly-Verschlüsselung mithilfe der Post-Quantenkryptographie.
• Zeitlich bedeutet garantierte Worst-Case-Lieferzeiten, die für die Implementierung verteilter Echtzeitsysteme von entscheidender Bedeutung sind, beispielsweise durch die Weiterentwicklung der Arbeit an deterministischer Vernetzung, zeitsensibler Vernetzung und hochpräziser, akkurater Zeitsynchronisierung. Zeitlich bedeutet aber auch, das Bandbreitenverzögerungsprodukt zu verbessern und die Latenzen am Ende des Transports zu reduzieren.

Optimierung von Hochgeschwindigkeitstransportprotokollen - Verwendung von DSAs zur Reduzierung der Transportlatenz, von Millisekunden bis hin zu 100 Nanosekunden. Für eine bessere Anwendbarkeit untersuchen wir Hybridlösungen, bei denen das Linux NAPI mit FPGA NICs (für die Verarbeitung im Netzwerk) zusammenarbeitet, sowie moderne Konzepte der FPGA-Vollbeschleunigung.

Konnektivität für Kamera-, Lidar- und Radarsysteme mit hoher Datenrate zur Implementierung riesiger MIMO-Sensorsysteme unter Verwendung von De-facto-Standards wie PCIe, MIPI CSI-2 und Multi-Gigabit-Ethernet.

Hardwarebeschleunigte Netzwerkvirtualisierung durch Tunneln eines paketbasierten Protokolls über ein anderes paketbasiertes Protokoll. Dies erleichtert die Konvergenz von IT- und OT-Netzwerken.