Echtzeitfähige Signalverarbeitung für leistungsfähige drahtlose Kommunikation in der Industrie 4.0
Leistungsstarke drahtlose Kommunikation ist eine der bedeutendsten Herausforderungen der nahen Zukunft für die moderne Fertigungsautomatisierung. Ursprung dieser Entwicklung ist der unter dem Fachbegriff Industrie 4.0 zusammengefasste Paradigmenwechsel, der u. a. eine extrem leistungsfähige und schnelle Vernetzung sämtlicher in die Produktion einbezogener Komponenten –Maschinen, Sensoren, Werkstoffe, etc. – erfordert. Der hiermit einhergehende massive Anstieg an Datenaufkommen und Datendurchsatz übersteigt das Leistungsvermögen heutiger Empfänger und kann nicht durch übliche technologische Maßnahmen, wie schnellere Schaltungen, leistungsfähigere Prozessoren oder die Skalierung von aktuell verfügbaren Algorithmen, abgefangen werden. Vielmehr sind neuartige Funktechnologien zu erforschen, die den strengen Anforderungen, u. a. an Echtzeit und Latenz, genügen.
Ziel des Vorhabens ist die Erforschung und Entwicklung einer innovativen Funktechnologie für zukünftige Industrie 4.0-Produktionsanlagen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der erstmaligen Verwendung von Algorithmen, die im Laufe ihrer Ausführung gewisse Entscheidungen zufällig treffen (randomisierte Algorithmen). Dies ermöglicht eine signifikante Reduktion komplexer mathematischer Probleme und damit eine echtzeitfähige Signalverarbeitung. Zudem werden neuartige Ansätze des fehlerbehafteten, approximativen Rechnens auf mikroelektronisch-digitaler Ebene berücksichtigt. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass aufgrund anwendungsspezifischer Randbedingungen, wie z. B. gestörter Mobilfunkkanäle, ein ohnehin fehlerbehaftetes Eingangssignal existiert, was durch das approximative Rechnen nur unmerklich beeinträchtigt wird. Die so entstehenden innovativen Konzepte und Lösungen werden in einer neuartigen, parallelen Hardwarearchitektur umgesetzt, deren Leistungsfähigkeit durch die Fertigung als Mikrochip mit anschließender Demonstration sichergestellt wird. Im geplanten Vorhaben wird die Konzeption der randomisierten Algorithmen bereits zu Beginn der Projektbearbeitung mit den Ergebnissen der Hardwarerealisierung abgestimmt und entsprechend verbessert. Durch den Aufbau einer prototypischen Schaltung zu einem solch frühen Zeitpunkt im Projekt werden Optimierungspotenziale auf mehreren Entwurfsebenen bereits frühzeitig identifiziert. Dieses Vorgehen führt zu maximaler Leistung des resultierenden Systems.
Die im Projekt Estimate erarbeitete Funktechnologie stellt einen völlig neuen Ansatz zur echtzeitfähigen Signalverarbeitung für moderne und zukünftige Industrieanwendungen dar. Das Vorhaben behandelt somit ein wichtiges Forschungsfeld; der resultierende Mikrochip ermöglicht zudem die direkte Anschlussverwertung durch industrielle Partner.