Verbundprojekt: CeCaS; Teilvorhaben: Central Car Server

Abstract

Ziel des Teilvorhabens war die Entwicklung, Integration und Evaluierung energieeffizienter Hardwarebeschleuniger für zukünftige automotive High Performance Computers (HPCs) innerhalb von Central Car Servern (CeCaS). Hintergrund ist der steigende Rechenbedarf moderner Fahrerassistenzsysteme und autonomer Fahrfunktionen, für die konventionelle GPUs aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs nur eingeschränkt geeignet sind. Daher sollten heterogene Architekturen aus automotive qualifizierten Prozessoren und dedizierten KI-Beschleunigern untersucht werden. Im Fokus standen die Integration der Beschleuniger über High-Speed Schnittstellen, Methoden für ein effizientes Hardware/Software-Codesign sowie die Verteilung der Rechenlast zwischen sensornaher Verarbeitung und zentralen Recheneinheiten. Zusätzlich wurden Verfahren zur automatisierten Entwurfsraumexploration, WCET-Analyse, Absicherung KI-basierter Systeme sowie KI-gestütztem Energie- und Leistungsmanagement betrachtet. Die entwickelten Konzepte sollten abschließend anhand von Demonstratoren validiert werden. Zum Projektbeginn existierten bereits verschiedene KI-Beschleuniger, die insbesondere auf die effiziente Ausführung von Faltungsoperationen in neuronalen Netzen optimiert sind. Dabei gilt die Reduktion von Speicherzugriffen durch Datenwiederverwendung als entscheidender Faktor für die Energieeffizienz, weshalb viele moderne Architekturen systolische Arrays verwenden. Der als besonders energieeffizient geltende Row-Stationary-Datenfluss wurde jedoch lediglich in einer closed-source Architektur umgesetzt, deren Implementierungsdetails nur eingeschränkt verfügbar sind. Bestehende Lösungen weisen zudem häufig eine geringe Flexibilität hinsichtlich Datenfluss und Architekturkonfiguration auf, was insbesondere im Automotive-Bereich problematisch ist, da Fahrzeugplattformen über lange Zeiträume neue Algorithmen unterstützen müssen. Performante Open-Source Beschleuniger, die energieeffizient sind und eine flexible Anpassbarkeit der Architektur ermöglichen, standen zum Projektbeginn nicht zur Verfügung.