Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) hat die Förderung des Projekts AI-Disco mit 15Mio.€ bewilligt. Das Projekt ist das erste Modul der R+I Factory (Research and Innovation Factory AI & Microelectronic), einer bundesweit neuartigen, modularen Forschungs- und Innovationsstruktur, die die Schnittstelle von künstlicher Intelligenz und Mikroelektronik adressiert. Konsortialführer ist das IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik. Das Fraunhofer IPMS bringt seine Expertise in KI-basierter Sensorik und Edge Computing ein.
Worum geht es?
Mit der zunehmenden Auswertung von Daten in Echtzeit, etwa in Smart Cities oder Industrie 4.0-Szenarien, steigt der Energiebedarf stark an, wenn große Datenmengen zwischen Anwendungen und Rechenzentren übertragen werden. Mit AI-Disco wollen die Forschenden genau hier ansetzen: Ziel ist die Entwicklung einer offenen, rekonfigurierbaren Plattform für energieeffiziente, verteilte KI-Verarbeitung an der Schnittstelle von Edge und Cloud.
Die Idee dahinter: Intelligente Edge-Knoten verarbeiten beispielsweise Sensordaten direkt dort, wo sie anfallen. Das unterstützt Energieeffizienz, reduziert Latenzen und trägt zum Schutz sensibler Daten bei. Nur die wesentlichen Daten werden mit der Cloud geteilt. AI-Disco baut dabei auf verschiedenen Vorarbeiten und Entwicklungen auf, darunter die Harmmonai-Beschleunigung, ein RRAM-basierter KI-Beschleuniger sowie eine neuartige Spiking-Neuralnetzarchitektur. Die technische Basis bildet unter anderem Risc-V-basierte Edge-Hardware, die die Beteiligten mit energieeffizienten KI-Beschleunigern erweitern. Zusätzlich kommen Methoden wie Federated Learning (verteiltes Lernen), also KI-Lernen ohne zentrale Datensammlung, sowie Ansätze aus der neuromorphen KI zum Einsatz. Auch Themen wie integrierte Kommunikation und Sensorik (ISAC/6G) werden als Anwendungsfeld adressiert.
Das Fraunhofer IPMS bringt seine Kompetenz in KI-basierter Sensorik sowie neuromorpher Hardware in das Verbundprojekt ein. Ziel ist es, energieeffiziente, KI-fähige Hardwarebausteine und anwendungsnahe Demonstratoren für Industrie, Landwirtschaft und Medizintechnik zu entwickeln. Im Zentrum ihrer Arbeiten stellen die Fraunhofer-Forschenden intelligente Sensorsysteme mit latenzarmen Schnittstellen zur Edge-KI-Plattform. Dafür realisiert das Institut Demonstratoren wie ein miniaturisiertes, KI-gestütztes NIR-Spektrometer zur Reifegradbestimmung von Obst sowie ein brillenbasiertes Ultraschall-Eye-Tracking-System für medizinische Anwendungen und die Mensch-Maschine-Kollaboration.
Neuromorphe KI-Prozessoren
Ergänzend entwickelt das Institut neuartige, neuromorphe KI-Prozessoren auf FeRAM-Basis, die Rechen- und Speicheroperationen direkt zusammenführen (sogenanntes ‚In-Memory-Computing‘). Durch die Fertigung in moderner 22nm-FDSOI-Technologie sowie einer breit angelegten Charakterisierung und Optimierung versprechen sich die Forschenden besonders energieeffiziente Edge-KI-Systeme.
„Mit unserer Forschung an neuromorpher Hardware und intelligenter Sensorintegration legen wir die technologische Basis für leistungsfähige und zugleich energieeffiziente KI-Systeme. Gleichzeitig leisten wir einen wichtigen Beitrag zur Stärkung der Lausitz als zukunftsweisenden Hightech-Standort“, erklärt Dr. Sebastian Meyer, Leiter des Institutsteils Integrated Silicon Systems des Fraunhofer IPMS in Cottbus.
