Projekt

In den heutigen Produkten werden für die elektronischen Kommunikationsknoten häufig "Multi Processor Systems on Chip" (MPSoC) eingesetzt. Mit ihnen können komplexe heterogene Systeme gesteuert und Informationen übertragen werden. Robustheit, Zuverlässigkeit und Sicherheit sind notwendige Anforderungen an gegenwärtige MPSoC. Durch die Komplexität künftiger SoCs werden Realisierungen "lernen" und in der Lage sein müssen, mit permanenten und temporären, sporadisch auftretenden Schaltungsdefekten zu "leben". Systeme mit deren Module müssen dabei entworfen werden, dass auch bei schwierigen oder störanfälligen Produktionsumgebungen noch die notwendigen Anforderungen des Systems erfüllen können.
Das Clusterforschungsprojekt AIS hat sich zum Ziel gesetzt, eine neue Entwurfsmethodik für autonome integrierte Systeme zu erforschen, um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen. Mit dieser neuen Entwurfsmethodik werden Architekturkomponenten mit autonomen Eigenschaften dimensioniert und Komponenten in einem Explorations- und Integrationsprozess auf Systemebene mit einer Betriebssystemumgebung kombiniert. Zur Validierung werden prototypische Implementierungen erarbeitet und die Interoperabilität demonstriert.
Die neue Entwurfsmethodik ermöglicht es, Systeme zu entwickeln, die Fehler, Störungen und Veränderungen bei der Zuverlässigkeit einzelner Komponenten erkennen sowie entsprechende Gegenmaßnahmen treffen. Dazu werden autonome Elemente im Systementwurf eingeführt, die Kontrollpfade, Datenpfade und Kommunikationsstrukturen der funktionalen Ebene überwachen und auf veränderte Betriebsbedingungen sowie Fehlverhalten reagieren. Auch werden Dienste erforscht, die das Betriebssystem zur Selbstoptimierung und Selbstheilung durch Replikation, Überwachung und Migration auf der Basis zuverlässiger Kommunikationsstrukturen einsetzt.
Der Lehrstuhl Informatik 12 forscht mit dem Ziel, die Zuverlässigkeit von Kontrollpfaden in MPSoC-Komponenten mit geeigneten Hardware- und Software-Maßnahmen zu gewährleisten bzw. zu erhöhen. Speziell wird dies durch autonome Überwachungseinheiten erreicht, die Fehler in der Programmausführung von Prozessoren sowie der Kontrolllogik von Hardware-Modulen erkennen, bewerten und korrigieren. Ein besonderes Augenmerk wird auf auftretende Speicherfehler wie "Soft Errors", aber auch auf gezielte lokale Attacken auf Kontrolllogikeinheiten gelegt. Dies beinhaltet sowohl die Kontrolle der korrekten Zustandsüberführung als auch der korrekten Zustandsspeicherung. Es werden Methoden erforscht, die den Kontrollfluss überwachen sowie reversible und nichtreversible Maßnahmen im Fehlerfall einleiten wie zum Beispiel die Terminierung durch erzwungene Überführung in "sichere" Zustände oder aber automatische Ablaufkorrekturen.