Effiziente eingebettete Systeme

 G1 2.19 - Effizienz ist der Schlüssel – ob in der Hardware, der Software oder der Systemarchitektur.

Über das Labor

Im Labor Effiziente Eingebettete Systeme forschen und entwickeln Studierende praxisnah moderne eingebettete Systeme. Sie entwerfen und programmieren eigene Prozessoren (z. B. auf RISC-V-Basis) oder optimieren heterogene Rechnerarchitekturen für maximale Effizienz. Durch die Kombination von Hardware- und Softwareentwicklung erwerben Studierende wertvolle Kompetenzen für zukunftsweisende Technologien – von Echtzeitsystemen bis zu Embedded AI.

Durch den konsequenten Einsatz von Open-Source-Tools in der Lehre können Studierende nicht nur moderne Entwicklungsumgebungen nutzen, sondern Algorithmen und Architekturen selbst modifizieren und experimentell optimieren – ein zentraler Baustein für forschungsnahes Lernen und technologische Souveränität.

Darüber hinaus werden im Labor Forschungsprojekte zu effizienten Rechnerearchitekturen durchgeführt, die innovative Lösungen für Industrie 4.0, Automotive und IoT ermöglichen.

Raum:  G1 2.19

Anwendungsgebiete in Forschung, Lehre und Transfer

Themenschwerpunkte im Labor sind:

  1. Innovative Prozessorarchitekturen & Embedded AI
    Entwicklung und Einsatz von dedizierter Hardware – z. B. FPGA-basierte Beschleuniger – zur Steigerung der Rechenleistung in ressourcenkritischen Anwendungen wie Computer Vision und Embedded AI.
  2. Heterogene Rechnerarchitekturen & Hardware-Software-Codesign
    Integration und Optimierung verschiedener Recheneinheiten (CPU, GPU, FPGA, TPU) in einem System für maximale Performance und Energieeffizienz – besonders relevant für Edge-Computing und Echtzeitanwendungen. Entwurf und Implementierung von Algorithmen mit minimalem Ressourcenverbrauch (z. B. für Signalverarbeitung, Bildverarbeitung oder Steuerungssysteme).
  3. RISC-V & Technologische Souveränität
    Einsatz des offenen und modularen RISC-V-ISA für energieeffiziente und anpassbare Prozessorarchitekturen – mit Fokus auf technologische Souveränität durch Open-Source-Hardware und -Software sowie Unabhängigkeit von proprietären Lösungen.
  4. FPGA-Entwicklung mit Open-Source-Tools
    Entwurf und Implementierung von digitalen Schaltungen auf programmierbaren Logikbausteinen (z. B. AMD/Xilinx, Lattice, CologneChip) unter Nutzung von Open-Source-Entwicklungstools (z. B. ICSC, Yosys, NextPNR) für flexible und technolgisch souveräne Hardwarelösungen.
  5. Echtzeitsysteme & Embedded Linux
    Entwicklung und Analyse von Systemen mit harten oder weichen Echtzeitanforderungen sowie Optimierung des Linux-Kernels für eingebettete Anwendungen mit Fokus auf Zuverlässigkeit und Performance.

Ausstattung

Das Labor ist mit moderner Hardware und Software ausgestattet, darunter:

  • FPGA-Entwicklungsboards 
    (z.B. MPSoC ZCU102 / Zynq UltraScale+ ZU9EG, ULX3S / Lattice ECP5,  Olimex GateMate A1) 
  • Embedded-Plattformen
    (z.B. NVIDIA Jetson, Google Edge TPU, Raspberry Pi, ESP329
  • Entwicklungsumgebungen
    (Vivado, YosysHQ, RISC-V-Simulatoren und -Entwicklungstools)
  • Mess- und Analysewerkzeuge

Projekte und Kooperationen

Das Labor unterstützt Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Bereich der FPGA-Beschleunigung und anwendungsspezifischen Rechnerarchitekturen und arbeitet mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie zusammen. Unternehmen können das Labor beispielsweise für gemeinsame Forschungsprojekte, Machbarkeitsstudien oder Abschlussarbeiten nutzen.