Kommunikations- und eingebettete Systemarchitekturen

Die Abteilung Systemarchitekturen erforscht drahtlose Breitbandsysteme, zuverlässige Rechnersysteme, Neuromorphic Hardware und das intelligente Internet der Dinge. Darüber hinaus bietet sie Services für Systemintegration und Tests für interne und externe Kunden an und wirkt an anwendungsorientierten, industrienahen Projekten mit.

Die Abteilung stimmt ihre Aktivitäten mit den Forschungszielen der anderen Abteilungen des IHP ab. Indem sie Technologien und Komponenten mit Anwendungen und den zugehörigen Systemarchitekturen verbindet, unterstützt sie deren Integration in vollständige Systeme und Demonstratoren.

Die Forschungsarbeiten der Abteilung zu Breitbandkommunikationssystemen, KI-Hardware, zuverlässigen Schaltungslösungen und IoT sind international anerkannt und leisten Beiträge zu Forschungs- und Entwicklungsprojekten auf europäischer, nationaler und regionaler Ebene.

Kompetenzen

Drahtlose Breitbandsysteme

Die Forschung konzentriert sich auf 6G-Kommunikationssysteme und insbesondere auf die integrierte Sensorik und Kommunikation. Kooperative Laufzeitverfahren und nichtkooperative Radarverfahren werden in Kommunikationssysteme eingebettet, um Lokalisierung, Entfernungsmessung und Sensorik zu ermöglichen. Darüber hinaus werden drahtlose Verbindungen für Datenraten von 100 Gbit/s und mehr entwickelt. Dies wird durch eine höhere spektrale Effizienz mittels Beamforming, MIMO und Line-of-Sight-MIMO sowie durch die Nutzung von Frequenzbändern oberhalb von 100 GHz erreicht.

Zuverlässige Rechnersysteme

Die Abteilung entwickelt zuverlässige Rechnersysteme für anspruchsvolle Anwendungen wie künstliche Intelligenz, Raumfahrt und automatisiertes Fahren. Die Arbeiten umfassen fehlertolerante Rechnerarchitekturen und Multiprozessorsysteme, deren Leistungsfähigkeit, Energieverbrauch und Zuverlässigkeit dynamisch angepasst werden können. On-Chip-Sensoren ermöglichen diese Rekonfigurierbarkeit und unterstützen das Management der Siliziumlebensdauer.

Die Forschung umfasst außerdem sichere Datenverarbeitung, darunter Verfahren zur Abwehr von Seitenkanalangriffen und die Entwicklung sicherer kryptografischer Recheneinheiten. Fehlertolerante, robuste und strahlungsgehärtete Entwurfsmethoden sind insbesondere für Raumfahrtanwendungen von Bedeutung, die zu den strategischen Forschungsfeldern des IHP gehören.

Neuromorphic Hardware

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erforschung der KI-Verarbeitung auf Basis neuartiger Technologien wie RRAM, neuer Architekturen wie In-Memory Computing und bioinspirierter Ansätze einschließlich gepulster neuronaler Netze. Darüber hinaus untersucht die Abteilung die Wechselwirkungen zwischen künstlicher Intelligenz und Zuverlässigkeit, indem sie die Zuverlässigkeit von KI-Hardware bewertet und künstliche Intelligenz zur Beschleunigung der Zuverlässigkeitsvalidierung einsetzt.

Intelligente IoT-Systeme

Die Gruppe entwickelt Architekturen, Methoden und Technologien für cyber-physische Systeme, die ihre Umgebung kontinuierlich überwachen, ihren Betriebszustand bewerten und sich mithilfe datengestützter Rückkopplungsschleifen autonom anpassen. Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf verteilter Intelligenz vom Edge bis zur Cloud. Dabei werden Interoperabilität, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Energieeffizienz gewährleistet und zugleich modulare, wiederverwendbare IoT-Lösungen ermöglicht, die sich über ihre gesamte Betriebsdauer hinweg weiterentwickeln können.

Technische Infrastruktur und Kompetenzen

Die Abteilung betreibt Forschungsinfrastruktur und Labore für Chiptests, Systemintegration und Antennenmessungen. Zu ihren technischen Kompetenzen gehören:

• Entwurf fehlertoleranter Rechnerarchitekturen und Multiprozessorsysteme
• Entwurfsmethoden für fehlertolerante, robuste und strahlungsgehärtete Systeme
• Digitale Signalverarbeitung für Lokalisierung und Entfernungsmessung mittels n-Wege-Entfernungsmessung und Radartechnologien
• Entwurf und Modellierung von Hardware zur Beschleunigung von KI-Anwendungen
• Drahtlose Kommunikation mit hohen Datenraten für 5G und 6G
• Joint Communications & Sensing (JCAS)– Gemeinsame Funk-Kommunikation und Sensorik
• Fronthaul- und Backhaul-Netze
• Signalverarbeitung für ultraschnelle Kommunikation im Frequenzbereich von 60 bis 300 GHz
• ASIC-Entwurf und -Tests
• Tests digitaler und Mixed-Signal-Systems-on-Chip
• Integration von Chips in Gehäuse und auf Leiterplatten
• Integration von Demonstratoren

Services

Die Gruppe System Integration and Test Services unterstützt interne und externe Kunden bei der ASIC-Entwicklung, bei Chip- und Wafertests, bei der Systemintegration sowie bei der Umsetzung von Demonstratoren. Die Services umfassen:

• ASIC-Entwurf
• Tests digitaler und Mixed-Signal-Systems-on-Chip auf Chip- und Wafer-Ebene
• Messung antennenbasierter Systeme
• Leiterplattendesign
• Chipmontage und Integration in Gehäuse oder auf Leiterplatten
• Integration von Demonstratoren