Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS bietet fertige, plattformunabhängige IP-Core-Module an. Mit IP-Modulen können Entwickler vollständige Funktionsbereiche in Standardprodukten wie SoCs, Mikrocontroller, FPGAs und ASICs übernehmen und so Entwicklungszeiten und -kosten erheblich reduzieren. Mit dem Emsa5 bietet das Fraunhofer 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 Emsa5 RISC-V Prozessor Core 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. 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", erläutert Andreas Weder, Gruppenleiter Modulintegration am Fraunhofer IPMS. 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. Das System ist 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. Da die Anzahl an IoT-Geräten weltweit enorm steige und immer mehr Daten in die Cloud gesendet werden, spiele auch die Skalierbarkeit des Systems eine grosse Rolle. Des Weiteren sei 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 erschwere den Angriff von aussen, da die Verarbeitung der Daten lokal in einem geschlossenen Netzwerk erfolge.
"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. Der Prozessor kann laut Mitteilung für beliebige FPGA-Plattformen zur Verfügung gestellt werden. Die Integration in kundenspezifische ASICs für beliebige Foundry Technologien sei 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.
