Verbundprojekt: Plattform für energieeffiziente KI-Prozessoren in mobilen Anwendungen - ZuSE-KI-mobil; Teilvorhaben: KI-Akzelerator SoC Design

Abstract

ZuSE-KI-mobil Projekt - Zwei Projektphasen: Das Verbundprojekt ZuSE-KI-mobil (Zukunftsfähige Spezialprozessoren und Entwicklungsplattformen - KI in mobilen Anwendungen, kurz: ZUKIMO) wurde im Rahmen des BMBF-Förderprogramms "ZuSE" unter der Hightech-Strategie 2025 durchgeführt, das in zwei eigenständige Projektphasen aufgeteilt wurde. Kern der Projekte war die Entwicklung und der Aufbau einer leistungsstarken und energieeffizienten KI basierten Datenverarbeitung zur Realisierung des autonomen Fahrens von Kraftfahrzeugen. Rückblick auf die Projektphase 1: Während der Projektphase 1 wurde ein SoC zur Realisierung des autonomen Fahrens entwickelt, das einen KI-Akzelerator des Projektpartners TUD, einen CNN-Akzelerator von Cadence (NNA110), einen dualen Image Signal Processor von DCT (ISP 4), einen Applikationsprozessor von Arm (Cortex-A65AE) sowie Schnittstellen (MIPI, PCIe Gen3, LPDDR4, Ethernet) integriert. Der Befehls- und Datenaustausch der Komponenten des SoCs erfolgt über ein flexibel programmierbares Network-on-Chip (NoC). Das ZUKIMO-SoC benannte SoC wurde mit der energieeffizienten 22-nm-FDX Technologie von GlobalFoundries (GF 22FDX) realisiert. Überblick über die Projektphase 2: Das ZUKIMO-SoC der Projektphase 1 wurde in Phase 2 um Möglichkeiten zur Radarsignalverarbeitung erweitert, funktional mittels eines im Projektverlauf entwickelten Demonstrator-Boards validiert und in Fahrzeugdemonstratoren erfolgreich eingesetzt. Die Anforderungen im adressierten Automobilsektor an die Signalverarbeitung wurden durch einen stetig wachsenden Bedarf an energieeffizienten KI-Schaltungen geprägt, die direkt auf lokalen Endgeräten (wie Smartphones, Maschinen oder Sensoren) ausgeführt werden (Edge-KI). Um hochautomatisiert fahrende Fahrzeuge zu realisieren, sind enorme Rechenleistungen erforderlich, die im Fahrzeug möglichst energieeffizient verfügbar sein müssen. Insbesondere die Fusion von Sensordaten (Kamera-, Radar- und auch Lidardaten) stellt eine große Herausforderung dar, wobei eine sehr hohe funktionale Sicherheit (FuSa) in Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) eine unverzichtbar bedeutende Rolle spielt. Die Sensordatenverarbeitung moderner ADAS-Systeme basiert zu einem großen Teil auf KI-Netzwerken. Daher sind leistungsfähige KI-Akzeleratoren unverzichtbarer Bestandteil geeigneter SoCs. Darüber hinaus erhöhen Anforderungen an die funktionale Sicherheit (Relevante Standards: ISO 26262, ISO/PAS 21448) ihrerseits den Rechenbedarf erheblich. Während der Projektphase 2 erfolgte daher eine vollständige Erweiterung der System-Architektur des ZUKIMO-SoCs um alle notwendigen weiteren Funktionen.