Elektrotechnik und Informationstechnik Akash Kumar macht eingebettete Systeme effizienter
Der Forscher kommt aus Dresden an die Ruhr-Universität Bochum.
Kleine Rechner verstecken sich überall – zum Beispiel in der Waschmaschine, im Handy, im Auto. Solche sogenannten eingebetteten Systeme schneller, energiesparender und kostengünstiger zu machen, ist das erklärte Ziel von Prof. Dr. Akash Kumar. Seit 1. April 2024 leitet er den Lehrstuhl Eingebettete Systeme an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Ruhr-Universität Bochum.
„Die Miniaturisierung solcher Systeme mit herkömmlichen Bausteinen ist ausgereizt“, sagt Akash Kumar. Um trotzdem Platz und somit Kosten und Energie zu sparen, bedienen er und sein Team sich mehrerer Tricks. Zum einen nutzen sie neue Transistoren, sogenannte Silikon-Nanodrähte. Zum anderen bauen sie daraus rekonfigurierbare Schaltkreise. „Das bedeutet, dass ein Schaltkreis nicht wie bisher genau eine einzige Aufgabe erfüllen kann, sondern mehrere“, erklärt er. Sofern diese Aufgaben nicht zeitgleich erledigt werden müssen, kann ein Schaltkreis die Aufgaben von mehreren übernehmen und somit Schaltkreise einsparen. „Das hat noch einen weiteren Vorteil“, so Akash Kumar: „Man kann dadurch auch nicht mehr an der Hardware ablesen, welche Aufgabe sie erledigt. Das erschwert Hackern das Handwerk und macht Systeme sicherer.“
Wie exakt muss es sein?
Eine weitere Strategie zur Sparsamkeit ist das Approximate Computing, also annäherungsweises Rechnen. „Viele Anwendungen brauchen gar kein exaktes Rechenergebnis, aber herkömmliche Computer können gar nicht anders, als exakt zu rechnen“, so Akash Kumar. Wenn man sich aber darüber klar sei, wie viel Genauigkeit für die klar umrissene Aufgabe eines eingebetteten Systems wirklich benötigt werde, könne man die Exaktheit auch reduzieren und so Energie sparen.
„Um ein Beispiel zu geben: Autonom fahrende Autos müssen natürlich erkennen, ob ihnen ein Hindernis im Weg steht“, erläutert Kumar. „Aber ob seine Position ein paar Millimeter weiter links oder rechts ist, ist unerheblich.“ Nimmt man eine kleine Ungenauigkeit in Kauf, spart man nicht nur Energie, sondern auch Rechenzeit, und auf die kommt es gerade beim autonomen Fahren besonders an. „KI-Systeme sind recht fehlertolerant und laufen auch mit Ungenauigkeiten sehr gut“, weiß Akash Kumar.
Er sieht darin auch ein Potenzial für mehr Privatsphäre, zum Beispiel bei Sprachassistenten wie Alexa oder Echo Dot. „Nimmt man hier Ungenauigkeiten in Kauf, die die Funktion nicht einschränken, ermöglicht das, dass sehr viele Prozesse lokal im Gerät laufen können und die Daten nicht alle an Server der Firmen übertragen werden müssen.“
Die Faszination für Automatisierung hat Akash Kumar schon früh gepackt. „Ich liebte schon mit neun oder zehn Jahren das Rechnen und wusste, dass ich diese Richtung gehen würde“, erzählt er. „Mit elf habe ich mein erstes Spiel programmiert.“
