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Fakultät für Ingenieurwissenschaften

Lehrstuhl für Kommunikationselektronik - N.N.

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Forschung

KI-PROEinklappen

Im Rahmen dieses Projektes wird ein auf RRAM-Technologie basiertes Speicherarray in Crossbar-Struktur entworfen und realisiert. Dazu müssen Schreib- und Lesealgorithmen sowie Ansteuerungen für die einzelnen Speicherelemente entwickelt werden. Des Weiteren werden die nötigen Hardware-Schaltungsblöcke, die für die Treiberstufen notwendig sind, realisiert. Besonderer Fokus liegt dabei auf der Energieeffizienz der Schaltungen sowie der Algorithmen. Das Ziel des Vorhabens besteht in der Fertigung eines zuverlässigen Crossbar-Speicherarrays in RRAM-Technologie, das für die Nutzung als Gewichte in neuronalen Netzen geeignet ist.

IMBRAEinklappen

Das Ziel dieses Vorhabens ist die Nutzung von Memristortechnik in Rechnerarchitekturen; im Speziellen die Integration von memristiven Bauelementen in eine CPU für Anwendungen aus dem Embedded-Bereich. Für eine zusätzliche Energieeinsparung kann die Multibitfähigkeit der Memristoren genutzt werden. Hiermit ist es möglich, anfallende arithmetische Operationen innerhalb der CPU mittels ternärer Logik durchzuführen und die errechneten Ergebnisse in interne Register, realisiert mit Memristoren, zu schreiben. Neben der reinen Integration der Memristoren ist daher ein weiteres Ziel des Vorhabens durch die Entwicklung einer ternären Prozessorarchitektur gegeben, die speziell auf memristive Bauelemente, beispielsweise durch Integration von Mixed-Signal-Basisblöcken zugeschnitten ist. Die untersuchten Rechnerarchitekturen werden mit Hilfe einer prototypischen Realisierung als IC umgesetzt und verifiziert.

MIMECEinklappen

Internet-of-Space  - die Zukunft einer flächendeckenden breitbandigen Internetversorgung?

Heutzutage haben etwa 60% der Weltbevölkerung keinen Zugang zum Internet. Infolgedessen hat das Interesse an weltraum- und suborbitalgestützten Kommunikationsnetzen mit hohen Datenraten stark zugenommen, denn auch bei der Vernetzung zwischen ländlichen Regionen und den Städten klafft eine Lücke. Deshalb wird intensiv nach Lösungen gesucht, um eine fehlerfreie und reibungslose Datenkommunikation mit hoher Bandbreite zu garantieren. Hierfür bieten sich Satellitenkommunikationsnetze, das sogenannte Internet of Space, an. Durch fortschreitende Miniaturisierung werden die Satelliten immer kleiner. So können kostengünstig mehrere Satelliten mit einem Raketenstart in die Umlaufbahnen gebracht werden.

Eine der großen Herausforderungen dieses Konzeptes ist die radioaktive Strahlung im Weltall, denn die meisten elektronischen Halbleiterkomponenten sind anfällig für Strahlungsschäden. Aufgrund der umfangreichen Entwicklungen und Tests, die erforderlich sind, um ein strahlungstolerantes Design eines mikroelektronischen Chips herzustellen, ist die Realisierung dieses Konzepts extrem aufwändig.

Als strahlungsresistente Speicher sind die sogenannten Resistiven Random-Access-Memory (RRAM) Technologien besonders geeignet, bei denen elektrische Schalteigenschaften auf Ionen statt auf Elektronen basieren. Um die notwendige Zuverlässigkeit der verwendeten CMOS-Elektronik im Weltraum zu erreichen, ist es empfehlenswert, den Inhalt des gesamten Computersystems in einem sicheren Backup-Speicher zu sichern.

Mit dem Ziel, einen Teil der Verarbeitungslast in den RRAM-Speicher im Sinne eines intelligenten In-Memory-Computing-Konzepts zu verschieben, startet das gemeinsame DFG Projekt: „Memristives In-Memory-Computing: Radiation hard Memory for Computing in Space (MIMEC)“ mit der Universität Bayreuth, der Universität Erlangen-Nürnberg und dem Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP), welches im Rahmen DFG Schwerpunktprogramms „Memristive Bauelemente für intelligente technische Systeme“ eingeworben wurde. Dabei sollen In-Memory-Operationen in den strahlungsharten Sense-Verstärkern eines RRAM-Arrays durch Signalauswertung und direkte Integration von memristiven RRAM-Zellen in den Verarbeitungsschritt überführt werden. Um die Funktionalität der strahlungsharten Systemarchitektur zu überprüfen, wird auf intensive Simulationsarbeiten gesetzt. In der Simulationsumgebung wird ein neues Modell für memristive Bauelemente zur Untersuchung der gesamten strahlungsharten Systemarchitektur unter Verwendung von In-Memory-Computing eingesetzt.

Der Schwerpunkt des Projekts wird auf der Erforschung neuer technologischer und computerbasierter Ideen liegen, die in den aktuellen Stand der Technik integriert werden. Dabei wird der strahlungsharte Speicher-Ansatz mit einem neuen nichtflüchtigen Speicherkonzept, dem so genannten RRAM, den Kern der Projektarbeit darstellen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird ein hochinnovativer Technologieansatz, der neuartige Internet-of-Space-Anwendungen ermöglicht, umgesetzt.


Verantwortlich für die Redaktion: Katja Helmrich

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