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Prozessorkern auf Basis der offenen RISC-V-Befehlssatzarchitektur für Sensordatenauswertung, Gestensteuerung oder Vibrationsanalyse

Für autarke Anwendungen
Der Risc-V-Core des Fraunhofer IPMS ist Edge-KI fähig

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Das Fraunhofer IPMS entwickelt einen fehlertoleranten eingebetteten RISC-V-Prozessorkern. Dank der Unterstützung durch eine Toolchain-Software vereinfachen sich dessen Zertifizierungsprozesse. Bild: Fraunhofer IPMS

Mit dem EMSA5 bietet das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS einen Prozessorkern auf Basis der offenen RISC-V-Befehlssatzarchitektur an. Im neusten Release hat das Institut eine Portierung von Tensorflow lite auf den EMSA5 RISC-V durchgeführt. Somit ist der Prozessorkern nun einsatzfähig für Edge-KI-Anwendungen, beispielsweise für Sensordatenauswertung, Gestensteuerung oder Vibrationsanalyse.

„Edge AI bedeutet, dass KI-Algorithmen entweder direkt auf dem Gerät oder auf einem gerätenahen Server ausgeführt werden“, erläutert Dr. Andreas Weder, Gruppenleiter Modulintegration am Fraunhofer IPMS.

Dazu werden die Daten genutzt, die direkt vom Gerät erfasst werden – und zwar ohne dass eine Verbindung zum Internet (Cloud) hergestellt werden muss. Nur die Ergebnisse der Verarbeitung werden dann in die Cloud gespeist.

„So können die Geräte innerhalb von Millisekunden mittels KI autark Entscheidungen treffen“, so Weder weiter.

Anwendbar bei Anforderungen mit niedrigen Latenzzeiten

Um die Daten verarbeiten zu können, werden sogenannte Maschine-Learning-Modelle verwendet. Ein solches Modell wird auf der Basis von Datensätzen trainiert, um Muster zu erkennen – zunächst am Trainingsdatensatz und später mit echten Daten, beispielsweise von Sensoren. So kann es neue Fakten aus bereits bestehenden Daten ableiten und für einen bestimmten Kontext anwenden, um daraus Vorhersagen abzuleiten.

„Anwendungen mit Anforderungen an niedrige Latenzzeiten können von dieser Art der Verarbeitung profitieren, da keine Verzögerungen durch die Übermittlung in die Cloud entstehen.“ Zudem sei das System auch bei instabilen Internetverbindungen arbeitsfähig und nicht auf die Verarbeitung der Daten in der Cloud angewiesen. „Ein großer Vorteil für mobile oder autarke Anwendungen und für Orte mit instabiler Datenverbindung“, so Weder.

Prozessorkern sorgt für Skalierbarkeit und Datensicherheit 

Da die Anzahl an IoT-Geräten weltweit enorm steigt und immer mehr Daten in die Cloud gesendet werden, spielt auch die Skalierbarkeit des Systems eine große Rolle. Des Weiteren ist natürlich die Datensicherheit heutzutage von hohem Interesse.

Je mehr Daten drahtlos in die Cloud gesendet werden müssen, umso mehr Angriffspunkte liefert ein IoT-System. Die Nutzung eines Edge-Systems erschwert den Angriff von außen, da die Verarbeitung der Daten lokal in einem geschlossenen Netzwerk erfolgt.

»Wir haben eine Portierung von Tensorflow lite auf den EMSA5 RISC-V durchgeführt. Unsere Anwender können nun einfach Edge-KI-Anwendungen wie beispielsweise Sensordatenanalyse, Gestenerkennung oder Vibrationsanalyse umsetzen«, erklärt Weder.

Ein Prozessorkern – viele Möglichkeiten

Der EMSA5-Prozessor-Core des Fraunhofer IPMS kann für beliebige FPGA-Plattformen zur Verfügung gestellt werden. Die Integration in kundenspezifische ASICs für beliebige Foundry Technologien ist ebenso möglich.

Entwickler, die den EMSA5-Prozessorkern verwenden, können Open-Source RISC-V-Entwicklungsumgebungen, Testwerkzeuge und Bibliotheken, einschließlich der GNU-Toolchain und der umfassenden Eclipse-IDE mit OpenOCD-Debug-Unterstützung nutzen.

Das Fraunhofer IPMS arbeitet auch mit kommerziellen Drittanbietern von Compilern und Software-Tools wie der IAR Embedded Workbench zusammen, um die Softwareentwicklung im Kontext der Funktionalen Sicherheit zu ermöglichen. (eve)

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