Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Autonome Chips erkennen defekte Teile und reparieren sich selbst

22.02.2010
Elektronische Systeme müssen in Zukunft flexibel im Betrieb auf Störungen und Veränderungen der Umwelt, die bei der Planung des Systems noch nicht bekannt sind, reagieren.

Dafür sind Lösungen zu finden, um einen Chip oder dessen System mit Eigenschaften auszurüsten, die eine autonome Reaktion im Betrieb ermöglichen. Die Kosten für ein solches, neues autonome System dürfen aber nur moderat wachsen. Hier setzte das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Clusterforschungsprojekt "Autonome integrierte Systeme (AIS)" (Förderkennzeichen 01M3083), an.

Die elektronische Vernetzung großer Systeme, wie sie in einer Vielzahl von Produkten des täglichen Lebens - allen voran das Automobil - eingesetzt werden, erfolgt durch drahtgebundene und drahtlose Signale und elektronische Kommunikationsknoten. Störungen auf und in diesem System dürfen besonders bei sicherheitsrelevanten Anwendungen wie Fahrerassistenzsystemen keine negativen Auswirkungen auf die Funktion dieser Komponenten hervorrufen.

Um eine hohe Ausfallsicherheit zu erreichen, werden mehrfach redundante Systeme eingesetzt. Dazu werden drei Computer mit der gleichen Aufgabe gestartet und die Ergebnisse verglichen. Kommen zwei Computer zu dem gleichen Ergebnis, kann das dritte Ergebniss fehlerhaft sein. Eine solche Lösung ist gegenüber der einfachen Variante dreimal so teuer. Dies ist beispielsweise in der Luftfahrt akzeptabel, nicht aber in vielen anderen Bereichen. Verschärft wird das Problem in Zukunft mit den neuen Technologien der Nanoelektronik, da diese empfindlicher auf Umwelteinflüsse reagieren, was zu kurzzeitigen Betriebsstörungen führen kann.

Ein mögliches Anwendungsszenario im Auto:

Durch zu hohe Strahlung einer radarbasierten Abstandsregelung, die bei der Spezifikation nicht berücksichtigt wurde, wird ein Kommunikationschip im Auto geschädigt, wodurch die Übertragung fehlerfreier Signale im Auto nicht mehr gewährleistet ist. Das System erkennt selbstständig diesen Fehler und entscheidet, die Kommunikation auf Reservemodule zu verlagern und wiederholt die Übertragung. Sollte diese Maßnahme nicht ausreichen, werden alle Komfortfunktionen abgeschaltet, um Reserven für sicherheitskritische Anwendungen zu erhöhen. Das System repariert sich autonom, der Fahrer wird lediglich über die erfolgreiche Reparatur informiert und muss sich zu keinem Zeitpunkt über seine Sicherheit Gedanken machen.

Ziel des Projekts AIS war es, neue Entwurfsverfahren zu erforschen, damit ein Chip Fehler erkennt, korrigiert, Hardware-Module abschaltet, und dabei nicht mehr als 30% zusätzliche Chipfläche benötigt. Im Vergleich mit klassischen Ansätzen, bei denen schnell mehr als 300% zusätzliche Kosten zu erwarten sind, lässt sich der enorme Gewinn erkennen. Möglich wird dies durch die geschickte Kombination unterschiedlicher Verfahren. Mit einer im Projekt neu eingeführten sog "Autonomen Ebene" ist es nun erstmals möglich, verschiedene Eigenschaften im Betrieb aufeinander abzustimmen. Sensoren im Chip erkennen Fehler und dokumentieren sie in speziell dafür vorbereiteten Fehlerspeichern. Andere Verfahren im Chip greifen auf diese Fehlerspeicher zu und können Maßnahmen zur Reparatur einleiten.

Dieses autonome Verhalten bedeutet, dass Chips ihren inneren Zustand flexibel anpassen können, was ein neues Denken im Entwurfsprozess von elektronischen Systemen einleitet. Nicht mehr nur Funktion, Fläche und Leistungsverbrauch stehen beim Entwurf im Vordergrund, sondern auch das Erfassen und Reagieren der Systeme unter gestörten Betriebsbedingungen. Das bedeutet, dass Sensoren, Evaluatoren und Aktoren in Multiprozessorsystemen (MPSoCs) sporadisch auftretende Störungen erfassen, analysieren und geeignete Maßnahmen einleiten müssen, um einen zuverlässigen Betrieb über die Störung hinaus zu gewährleisten.

Bekannt sind ähnliche Verfahren bei Festplatten, bei denen Schreib/Lesefehler dokumentiert und von einer Software ausgewertet werden können. Vergleichbare Verfahren für Prozessoren und Kommunikationschips einzusetzen ist ungleich schwieriger und war bis jetzt unmöglich. In AIS ist es erstmals gelungen, in einem Demonstrator zu zeigen, wie ein neuartiges Betriebssystem Fehlerraten in Datenpfaden erkennen und sicherheitskritische Anwendungen von fehlerhaften Modulen auf zuverlässige Module migrieren, oder bessere Verfahren zur Fehlerkodierung im Betrieb autonom einführen kann. Mit AIS konnte somit erstmals gezeigt werden, dass es auch in komplexen heterogenen Chips mit zusätzlichen Eigenschaften zum autonomen Handeln mit nur geringem Hardwareaufwand möglich ist, Systeme vor Ausfällen bei Fehlfunktionen der Hardware zu schützen.

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in den letzten 3 Jahren geförderte Clusterforschungsprojekt AIS hat gezeigt, dass autonome Systeme in 5 Jahren Wirklichkeit sein können.

Über AIS

Das Projekt "Autonome Integrierte Systeme (AIS) wurde am 30.11.2009 nach 3 Jahren Projektlaufzeit erfolgreich beendet. Forschungspartner waren die Universität Erlangen-Nürnberg, die Technische Universität Braunschweig, die Technische Universität Kaiserslautern, die Technische Universität München und die Universität Paderborn (UPB-HNI). Paten aus der Industrie waren Alcatel-Lucent, Cadence, ChipVision, Concept Engineering, Conti Temic, GLOBALFOUNDRIES Dresden, Infineon, Melexis, NXP, OneSpin, Bosch, TexEDA sowie X-Fab. Die Unternehmen unterstützten die Finanzierung dieser Forschung, begleiteten das Projekt mit ihrem Knowhow und prüften den Einsatz der neuen Entwurfstechniken für ihre Produkte.

Über die Clusterforschung

Bei der EDA-Clusterforschung arbeiten Universitäten und Forschungsinstitute in enger Kooperation mit der Industrie im Bereich der Entwurfsautomatisierung (Electronic Design Automation, EDA) und entwickeln dabei die Methoden, die den Entwurf elektronischer Systeme von Morgen in Deutschland ermöglichen. Automobilzulieferer, Hersteller von Telekommunikationstechnik und viele weitere Branchen profitieren von den Ergebnissen durch höhere Produktivität, kürzere Entwicklungszeiten und die neuen Methoden, die innovative Produkte erst möglich machen.

Bei der EDA-Clusterforschung finanzieren das BMBF und ein Industriekonsortium gemeinsam die Arbeit eines bundesweiten Forscherteams, das von unabhängigen Experten zusammengestellt wird. Die Forscher werden von dem Industriekonsortium fachlich begleitet, was die Praxisrelevanz der Forschungsarbeiten sichert und gleichzeitig einen schnellen Transfer der Ergebnisse in die Industrie vorbereitet.

Prof. Dr.-Ing. Erich Barke, Präsident der Leibniz Universität Hannover, bestätigt: "Die EDA-Clusterforschung ist ein Glücksfall für Hochschulen und Industrie. Die Forschung kann an praktisch relevanten Themen arbeiten, für die das Tagesgeschäft der Industrie meistens keinen Raum lässt. Durch die enge Begleitung der Projekte durch die Industrie kommen die Ergebnisse der Hochschulforschung bereits mittelfristig zum Einsatz. Und ein wunderbarer Nebeneffekt ist, dass die Hochschulen damit genau die Ingenieure ausbilden, die die Industrie in fünf Jahren benötigt."

Ergänzende Informationen über die EDA-Clusterforschung finden Sie unter http://www.edacentrum.de/clusterforschung

Dr. Dieter Treytnar | idw
Weitere Informationen:
http://www.edacentrum.de/clusterforschung
http://www.bmbf.de/press/2779.php

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Auf dem Weg zur Prothese der Zukunft
25.09.2018 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen
25.09.2018 | Technische Hochschule Mittelhessen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kupfer-Aluminium-Superatom

Äußerlich sieht der Cluster aus 55 Kupfer- und Aluminiumatomen aus wie ein Kristall, chemisch hat er jedoch die Eigenschaften eines Atoms. Das hetero-metallische Superatom, das Chemikerinnen und Chemiker der Technischen Universität München (TUM) hergestellt haben, schafft die Voraussetzung für die Entwicklung neuer, kostengünstiger Katalysatoren.

Chemie kann teuer sein. Zum Reinigen von Abgasen beispielsweise benutzt man Platin. Das Edelmetall dient als Katalysator, der chemische Reaktionen...

Im Focus: Hygiene im Handumdrehen – mit neuem Netzwerk „CleanHand“

Das Fraunhofer FEP beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit der Entwicklung von Prozessen und Anlagen zur Reinigung, Sterilisation und Oberflächenmodifizierung. Zur Bündelung der Kompetenzen vieler Partner wurde im Mai 2018 das Netzwerk „CleanHand“ zur Entwicklung von Systemen und Technologien für saubere Oberflächen, Materialien und Gegenstände ins Leben gerufen. Als Partner von „CleanHand“ präsentiert das Fraunhofer FEP im Rahmen der Messe parts2clean, vom 23.-25. Oktober 2018, in Stuttgart, am Stand der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik (Halle 5, Stand C31), das Netzwerk sowie aktuelle Forschungsschwerpunkte des Institutes im Bereich Hygiene und Reinigung.

Besonders um die Hauptreisezeiten gehen vermehrt Testberichte und Studien über die Reinheit von europäischen Raststätten, Hotelbetten und Freibädern durch die...

Im Focus: Hygiene at your fingertips with the new CleanHand Network

The Fraunhofer FEP has been involved in developing processes and equipment for cleaning, sterilization, and surface modification for decades. The CleanHand Network for development of systems and technologies to clean surfaces, materials, and objects was established in May 2018 to bundle the expertise of many partnering organizations. As a partner in the CleanHand Network, Fraunhofer FEP will present the Network and current research topics of the Institute in the field of hygiene and cleaning at the parts2clean trade fair, October 23-25, 2018 in Stuttgart, at the booth of the Fraunhofer Cleaning Technology Alliance (Hall 5, Booth C31).

Test reports and studies on the cleanliness of European motorway rest areas, hotel beds, and outdoor pools increasingly appear in the press, especially during...

Im Focus: Neue Therapien bei Gefäßerkrankungen

Auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Angiologie (DGA) vom 12. bis 15. September in Münster stellten Gefäßspezialisten aus ganz Deutschland die neuesten Therapien bei Gefäßerkrankungen vor. Vor allem in den Bereichen periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK) und venöse Verschlusskrankheiten wie die Tiefe Venenthrombose (TVT) gibt gute Neuigkeiten für die Patienten. Viele der 720 Gefäßspezialisten, die an der Jahrestagung teilnahmen, stellten neueste Studienergebnisse vor.

Millionen Menschen leiden in Deutschland unter Gefäßerkrankungen, allein rund fünf Millionen unter der „Schaufensterkrankheit“, medizinisch periphere...

Im Focus: Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert zu beantworten. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Universität Halle. Den Forschern ist es zum ersten Mal gelungen, in einem magnetischen Material, in diesem Fall Kobalt, die Wechselwirkung zwischen einzelnen Elektronen sichtbar zu machen, die letztlich zur Ausbildung der magnetischen Eigenschaften führt. Damit sind erstmals genaue Einblicke in den elektronischen Ursprung des Magnetismus möglich, die vorher nur auf theoretischem Weg zugänglich waren.

Für ihre Untersuchung nutzten die Forscher ein spezielles Elektronenmikroskop, das das Forschungszentrum Jülich am Elettra-Speicherring im italienischen Triest...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Fachkonferenz "Automatisiertes und autonomes Fahren"

25.09.2018 | Veranstaltungen

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungen

Forum Additive Fertigung: So gelingt der Einstieg in den 3D-Druck

21.09.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bisher unbekannter Mechanismus der Blut-Hirn-Schranke entdeckt

25.09.2018 | Biowissenschaften Chemie

Suche nach Grundwasser im Ozean - Neues deutsch-maltesisches Forschungsprojekt gestartet

25.09.2018 | Geowissenschaften

Auf dem Weg zur Prothese der Zukunft

25.09.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics