Forschungsprojekte

Das ITIV ist u.a. in folgenden Forschungsprojekten involviert:

Projekt ARAMiS II

Zukünftige sicherheitskritische Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrt-Industrie, aber auch das Zukunftsthema Industrie 4.0 zeigen einen deutlich steigenden Bedarf an digitaler Rechenleistung. Sie wird beispielsweise für hoch automatisierte Fahrzeuge und echtzeitfähig vernetzte Maschinen benötigt. Weiterhin wird dieser Bedarf durch eine immer größere Integration und Interaktion mit anderen Systemen und Services verstärkt.

Diesem Bedarf entspricht, dass auch die Prozessoren von eingebetteten Systemen in nächster Zeit auf Multicore-Technologie basieren werden, die in anderen Anwendungsgebieten wie PCs, Tablets und Smartphones längst erfolgreich verwendet werden. Sicherheitskritische Anwendungen in den genannten Domänen stellen jedoch komplexe zusätzliche Anforderungen, die aktuell nicht oder nur teilweise mit unverhältnismäßig hohem Aufwand erfüllt werden können.

Weitere Informationen (https://www.itiv.kit.edu/5159.php)

Projekt ARGO

Verbesserung der Leistung und Reduktion der Kosten, ohne dabei die funktionalen Sicherheit zu beeinflussen, sind die wichtigsten Anforderungen für eingebettete elektronische Systeme zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrttechnologie, der Automatisierungstechnik und der Automobilindustrie.

Für viele Anwendungen kann die erforderliche Leistung bei geringem Energieverbrauch nur durch maßgeschneiderte Computer-Plattformen auf Basis von heterogenen Many-Core-Architekturen, die mehrere parallel arbeitende Prozessorkerne auf einem Chip zusammenführen, zur Verfügung gestellt werden. Allerdings ist die Programmierung heterogener Many-Core Prozessoren meist sehr komplex, erfordert spezielle Kenntnisse und die Programme müssen genau auf die Zielplattform zugeschnitten werden. In sicherheitskritischen Anwendungen muss zudem noch eine ausreichend kleine Reaktionszeit der Software in allen denkbaren Situationen sichergestellt werden.

Weitere Informationen (https://www.itiv.kit.edu/4833.php)

Projekt ARoMA

Sicherheitskritische Systeme benötigen Redundanz zur Fehlererkennung und -behebung. Abhängig von der Anwendung oder dem Ausführungszustand werden dazu verschiedene Arten von Redundanz benötigt: Zweifachredundanz für Fail-Safe-Systeme und Dreifachredundanz oder noch höhere Redundanz für Fail-Operational-Systeme. Zukünftige sicherheitskritische Systeme werden sich durch Modi-Wechsel zwischen Anwendungen verschiedener Kritikalität auszeichnen.

Weitere Informationen: ( https://www.itiv.kit.edu/5611.php)

Projekt CBM

The Compressed Baryonic Matter Experiment – Timing and Fast Control

Das Compressed Baryonic Matter (CBM) Experiment ist eine der großen wissenschaftlichen Säulen der zukünftigen Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in Darmstadt. Das Ziel des Forschungsprogramms CBM ist es das QCD (quantum chromodynamics) Phasendiagramm im Bereich hoher Baryonendichten mittels hochenergetischen Nucleus-Nucleus Kollisionen zu erforschen.

Dies schließt die Erforschung der Zustandsgleichung von Kernmaterie bei hohen Dichten und die Suche nach den deconfinement und chiral phase transitions ein.

Weitere Informationen (https://www.itiv.kit.edu/4839.php)

Detektorentechnologie

Das ITIV ist an Detektoren der weltweit leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger tätig: dem Belle II Detektor des Hochluminositäts-Collider Super KEKb am KEK in Tsukuba, Japan, an dem Compressed Baryonic Matter (CBM) am GSI in Darmstadt, Deutschland und dem Compact Muon Solenoid des Large Hadron Collider (LHC) am CERN, Schweiz.

Mitarbeiter des ITIV beteiligen sich an der Entwicklung von FPGA-Designs für schnelle Datenverarbeitung zur frühzeitigen Datenreduktion direkt an den Detektoren und an der Entwicklung von Systemen und Interfacing-Komponenten zur Synchronisation der Datenverarbeitungselektronik in der Datenauslese von Detektoren.

Weitere Informationen (https://www.itiv.kit.edu/4955.php

Durchführbarkeitsstudie INTERACt

Im Vorhaben wird im Rahmen einer Durchführbarkeitsstudie und einer sich daran anschließenden Lückenanalyse untersucht, in wieweit es möglich ist, autonom fahrende Lkw auf öffentlichen Straßen und gleichzeitig auf geschlossenen Terminalarealen einzusetzen, und welche technischen, operativen und rechtlichen Anforderungen sowohl an die Fahrzeuge als auch an die beteiligten Transportdienstleister und Terminals zu stellen sind. Das Ergebnis der Studie wird eine Roadmap sein, die die notwendigen zukünftigen Entwicklungsschritte skizziert.

Im Rahmen einer Lückenanalyse wird skizziert welche technischen und rechtlichen Gründe derzeit noch gegen den Einsatz autonomer Lkw sprechen. Die notwendigen Entwicklungen werden systematisch in einer Roadmap zusammengefasst.

Weitere Informationen (https://www.itiv.kit.edu/6295.php)

Projekt InvasIC

Unter dem Begriff Invasives Rechnen wird ein völlig neues Paradigma für den Entwurf und die Programmierung zukünftiger paralleler Rechensysteme erforscht. Die Grundidee besteht darin, parallelen Programmen die Fähigkeit zu verleihen, in einer als Invasion bezeichneten Phase ressourcengewahr Berechnungen auf eine Menge aktuell verfügbarer Ressourcen zu verteilen, und nach paralleler Abarbeitung diese in einer als Rückzug bezeichneten Phase wieder frei zu geben.

Um diese neue Art der selbstadaptiven und ressourcengewahren Programmierung auf zukünftigen MPSoCs (engl. Multi-Processor-Systems-on-a-Chip) effizient zu ermöglichen, bedarf es neuer Programmierkonzepte, Sprachen und Compilern wie auch Laufzeit- bzw. Betriebssystemen sowie revolutionärer Architekturerfindungen, die sich auf die Rekonfigurierbarkeit von sowohl Prozessor-, Verbindungs- als auch Speicher- Ressourcen beziehen.

Weitere Informationen (https://www.itiv.kit.edu/4837.php)

Projekt I4TP

Die Globalisierung des produzierenden Gewerbes und der Trend zur Individualisierung von Gütern bis zur Produktion in Losgröße 1 erfordern eine einfache und schnelle Konzeption und Inbetriebnahme von ebenso individualisierten Produktionssystemen. Solche Industrie-4.0-Produktionssysteme umfassen eine Vielzahl von Einzelmaschinen unterschiedlicher Hersteller und müssen dynamisch konfiguriert und überwacht werden. Die Herausforderungen in Planung, Aufbau und Betrieb solcher Produktionssysteme liegen dabei nicht nur in den Schnittstellen der zu integrierenden Komponenten, sondern auch in der Entwicklung neuer Abläufe, Methoden und Prozesse für eine herstellerübergreifende, globale Zusammenarbeit.

Weitere Informationen: (https://www.itiv.kit.edu/6097.php)

Projekt ModECaP

Der Mobilitätssektor unterliegt starken Veränderungen.Der gesellschaftliche Bedarf an sauberer und nachhaltiger Mobilität nimmt zu, unterstützt durch gesetzliche Vorgaben zur Luftreinhaltung. Die Städte entwickeln sich dabei zu maßgebenden Akteuren. Demographische Trends und Lebensstile, wie Wachstum der Weltbevölkerung und Urbanisierung, sowie Individualisierung hin zur Single-Gesellschaft sind nur einige Trends, die die Mobilität in Zukunft weiter diversifizieren und neuen Mobilitätskonzepten („Mobility-as-a-Service / Pay-per-use“) zum Durchbruch verhelfen können.

In den kommenden Jahren werden sich die drei Technologietrends Hochautomatisiertes Fahren, Elektromobilität und Digitalisierung/Konnektivität gegenseitig verstärken und beschleunigen. Gemeinsam mit der Diversifizierung der Mobilität haben diese Technologien das Potential, das Geschäftsmodell „Automobil“ nachhaltig zu verändern. Um einer gegenüber konventionellen Fahrzeugen geringeren Wertschöpfung bei Elektrofahrzeugen und damit der möglichen Gefahr bei der Beschäftigungssicherung entgegen zu treten, wird u.a. auch nach neuen Produktlösungen, Geschäftsmodellen und (Service-) Angeboten gesucht. Insbesondere werden immer mehr disruptive Lösungen gesucht, die den notwendigen Wandel deutlich besser unterstützen als evolutionäre Entwicklungen in kleinen Schritten. In diesem Projekt wird die Machbarkeit eines disruptiven Fahrzeugkonzeptes basierend auf einer Trennung von Fahrmodul und Transportkapsel untersucht.

Weitere Informationen: (https://www.itiv.kit.edu/6458.php)

Projekt PARFAIT

Ob im Prototyping von Digitalschaltungen oder als rekonfigurierbare Beschleuniger, bieten FPGAs vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Ihre Performance wird jedoch stark durch den Energieverbrauch und die damit verbundene Erwärmung des FPGA sowie durch hohe Signallaufzeiten im Interconnect-Netzwerk eingeschränkt.

Die DeFET-Transistortechnologie ist ein vielversprechender Ansatz, diesen Problemen zu begegnen. Durch zusätzliche Gates bieten DeFET-Transistoren die Möglichkeit, Timing und Energieverbrauch zu beeinflussen, sowie zwischen N- und P-Kanal-Charakteristik umzuschalten (Ambipolarität). Hierdurch ergeben sich fundamental neue Möglichkeiten für FPGA-Architekturen, welche im Rahmen dieses Projektes untersucht werden.

Weitere Informationen: (https://www.itiv.kit.edu/5497.php)

Project PrognoNetz

Transmission System Operators (TSOs) need nowadays to utilize more efficiently their existing infrastructure. Especially the electrical network. The increasing amount of wind parks has clear advantages, producing clean energy, but also means a stronger instability in power generation (represented by sudden peaks, related to changes in wind speed and direction). These peaks surpass today the fixed conservative limit to the maximum current capacity of overhead lines (OL), the so-called ampacity. Solution to this is either to construct new OL or to increment the fixed conservative ampacity limit. The former can be easily achieved using sensors.

Further Information: (http://www.itiv.kit.edu/6519.php)

Projekt RAMSES

RAMSES combines product and process innovation, optimizing the communication between professionals and lays in health crises via remote access to smartphone data, providing comprehensive, deep information and images – a major improvement versus current best practice. Thus, RAMSES will save many lives and improve outcome and quality of life for people following health crises situations.

Target audience: Health Care Professionals, Patients with cardio-vascular (CV) disease, People with high CV risk and their family members, with a total market size of ~ 50 Mio people in Germany (~350 Mio in EU).

Weitere Informationen (http://www.itiv.kit.edu/6139.php)

Projekt Step-Up!CPS

In nahezu allen Industriezweigen übernehmen bereits heute Cyber-physische Systeme (CPS) neben Komfortfunktionen auch sicherheitskritische Kontrollfunktionen wie beispielsweise automatisiertes Fahren oder die Steuerung von komplexen Produktionsanlagen. Bei Fehlverhalten dieser CPS ist ihre modulare Updatefähigkeit während des Betriebs unabdingbar, um die funktionale Sicherheit weiter zu garantieren, und somit sichere, leistungsfähige und effiziente zukünftige CPS zu ermöglichen.

Im Vorhaben werden Methoden und Technologien für die modulare Absicherung von Updates für CPS erforscht, und die dafür benötigten Dienste (Services) mit einer neuartigen Middelware für ein dynamisches konfliktfreies Deployment (Installation des Updates) entwickelt. Hiezu spielen der Umgang mit der existierenden Varianten- und Konfigurationsvielfalt und die wesentlichen Safety-Anfoerderungen von CPS eine besondere Rolle. Als zentrale Basis im Vorhaben, die die Anwendung aller entwickelten Methoden und Technologien zusammenfasst, gilt der übergreifende Update-Prozess, der alle Phasen, von der Systementwicklung im Backend bis zur Überwachung des Systems während der Laufzeit, abdeckt.Die Ergebnisse werden in einem Open Innovation Prozess erarbeitet, der von Anfang an Industriepartner aus dem Advisory Board von Step-Up!CPS und weitere Partner als „Ideen-Geber“, „Konzept-Prüfer“ und zukünftige Nutzer der Projektergebnisse einbezieht.

Weitere Informationen (http://www.itiv.kit.edu/6456.php)