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The world’s first Full-System Simulation tool to revolutionize software programming in autonomous driving, aviation, embedded vision and further highly innovative applications

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Virtueller Dirigent unterstützt Softwareentwicklung bei Orchestrierung modernster Hardware

Die Softwareentwicklung hat bei der Optimierung von Algorithmen, welche die spezielle Hardware von heute effizient ausnutzen, mit Problemen zu kämpfen. Ein als das erste seiner Art geltendes Simulationsinstrument mit erheblichem Automatisierungsgrad beschleunigt und optimiert diesen Prozess, was den Status quo drastisch verändert.

Digitale Wirtschaft
Verkehr und Mobilität

Die Zukunft der Datenverarbeitung bedeutet, immer höhere Leistungen bei höherer Energieeffizienz und kompakterer Form zu erreichen. Nur auf diese Weise wird die Revolution der intelligenten Edge-Computing-Anwendungen, etwa in Gestalt autonomer Fahrzeuge und Drohnen, vorankommen. Dazu muss die Software spezielle Hardware einbinden, welche die Berechnungen rasant beschleunigt und die Zuverlässigkeit steigert, während es gleichzeitig den Speicherbedarf und den Stromverbrauch zu reduzieren gilt. Bislang stellte das eine ziemliche Herausforderung dar. Hier deutet sich dank des bahnbrechenden Vollsystem-Simulationsinstruments SLX, das Hardware und Software gleichzeitig berücksichtigt, eine Veränderung an, denn das EU-finanzierte Projekt FuSy unterstützte wesentliche Erweiterungen, Optimierungen und Validierungen.

Beschleunigte Datenverarbeitung optimal implementieren

Beschleunigtes Rechnen beruht auf massiver Parallelverarbeitung und „Beschleunigern“, die bei bestimmten Arten von Operationen und Algorithmen hochwirksam sind. Zu den letztgenannten zählen Grafikprozessoren und Beschleuniger für künstliche Intelligenz. Werden häufige Aufgaben in diese ausgelagert und nicht in der Zentraleinheit bearbeitet, erhöht sich die Rechengeschwindigkeit und die Energieeffizienz. Zudem sind anpassungsfähige Hardwarebausteine wie zum Beispiel anwendungsprogrammierbare Gate-Arrays (FPGA) und ACAP-Beschleunigerplattformen (Adaptive Compute Acceleration Platform) Wegbereiter für programmierbare Hardwarebeschleuniger und eine maßgeschneiderte Datenverarbeitung. Bislang bedeutete die Orchestrierung einer solchen Symphonie aus heterogenen Bauelementen mühsames manuelles Programmieren sowie die Einbindung serienmäßig vorprogrammierter Simulatoren. Diese anspruchsvolle und zeitraubende Aufgabe erforderte ein hohes Niveau an Hardwarekompetenz. Dem FuSy-Projektkoordinator Raphael Bruns von Xilinx (ehemals Silexica) zufolge hat sich das Projekt FuSy das Ziel gesetzt, die „Demokratisierung“ der beschleunigten Datenverarbeitung zu unterstützen, damit bei der Softwareentwicklung diese heterogenen Module effizient programmiert und effektiv angewendet werden können.

Automatisierung beschleunigt Anwendungsentwicklung

Das Projekt FuSy unterstützte die Erweiterung des von Silexica entwickelten Leistungssimulationsinstruments, um die Entwurfsraumerkundung (Design Space Exploration) auf Zielgeräten, die Benutzungsführung und die Automatisierung von Softwareanalyse-, -optimierungs- und -integrationsprozessen einzubinden. Wofür die heutigen Methoden nach Stand der Technik Monate brauchen würden, kann nun in wenigen Stunden erledigt werden. Bruns liefert den konkreten Beweis: „Die Silexica-Lösung übertraf den zur Post-Quantenkryptografie am National Institute of Standards and Technology in den Vereinigten Staaten entwickelten manuell optimierten Algorithmus um 43 % und verkürzte den per Hand erforderlichen Aufwand von drei Monaten auf ein paar Tage.“ Zudem offenbarte die Entwurfsraumerkundung Lösungen mit geringer Latenz, aber hohem Hardwareverbrauch auf Seiten des angezielten anwendungsprogrammierbaren Gate-Arrays. Mit der Lösung können die Nutzenden den Grad der Priorisierung der Latenz gegenüber dem Flächenverbrauch definieren.

Neuen Weg als Teil eines neuen Teams beschreiten

Das Unternehmen und sein Vollsystem-Simulationsinstrument passten perfekt zu Xilinx, dem Pionier unter den Silicon-Valley-Unternehmen in den USA. Hier wurden das anwendungsprogrammierbare Gate-Array, das programmierbare System-on-Chip und die ACAP-Beschleunigerplattform erfunden. Silexica ist heute ein Tochterunternehmen, mit dessen Softwarelösungen die Programmierung der Hardwarebauelemente von Xilinx unterstützt werden. Das nach wie vor in Köln ansässige Team expandiert schnell und zieht Talente an, die seine Weiterentwicklung zu einem Kompetenzzentrum für Compiler, maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz voranbringen werden. „Wir beschleunigen unsere Demokratisierungsbemühungen durch immer höhere Ebenen der Abstraktion und Automatisierung. Die Welt steht vor einer massiven Revolution der intelligenten Technologien, die unsere Gesellschaft, unsere Wirtschaft und unsere Industrie verändern werden. Silexica und Xilinx beabsichtigen, diese Revolution mit Lösungen für die nächste Generation von hochleistungsfähigen und adaptiven Datenverarbeitungsplattformen voranzutreiben“, fasst Bruns abschließend zusammen.

Schlüsselbegriffe

FuSy, Datenverarbeitung, Rechnen, Simulation, Beschleuniger, beschleunigtes Rechnen, beschleunigte Datenverarbeitung, FPGA, Silexica, Software, Hardware, ACAP, Xilinx

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