Projektstart in der modularen Fabrik für KI und Mikroelektronik

Anwendungsbeispiel: Im Projekt AI-Disco entwickelt das Fraunhofer IPMS Demonstratoren, beispielsweise ein miniaturisiertes, KI-gestütztes NIR-Spektrometer zur Reifegradbestimmung von Obst

Foto: Fraunhofer IPMS

Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) hat die Förderung des Projekts AI-Disco – Edge Cloud AI for Distributed Sensing & Computing mit 15 Mio. Euro bewilligt (Eigenschreibweise: AI-DISCO). Dies hat das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS mitgeteilt.

AI-Disco ist laut IPMS das erste Modul der R+I Factory (Research and Innovation Factory AI & Microelectronic), einer bundesweit neuartigen, modularen Forschungs- und Innovationsstruktur an der Schnittstelle von Künstlicher Intelligenz und Mikroelektronik. Konsortialführer ist das IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik. Das Fraunhofer IPMS bringt seine Expertise in KI-basierter Sensorik und Edge Computing ein, heißt es weiter.

Moderne Anwendungen nutzen zunehmend die Auswertung von Daten in Echtzeit – in Smart Cities, in der kritischen Infrastruktur, in Industrie 4.0 oder in der Energieversorgung. Gleichzeitig steigt der Energiebedarf, wenn große Datenmengen zwischen Anwendungen und Rechenzentren übertragen werden, stark an. Genau an dieser Stelle setzt AI-Disco an: Das Projekt entwickelt den Angaben zufolge eine offene, rekonfigurierbare Plattform für energieeffiziente, verteilte KI-Verarbeitung an der Schnittstelle von Edge und Cloud.

Die Idee ist einfach, führt das IPMS aus: Intelligente Edge-Knoten verarbeiten zum Beispiel Sensordaten direkt dort, wo sie anfallen – lokal, in Echtzeit und ohne unnötige Datenübertragung. So kann das System Energie sparen, Latenzen reduzieren und sensible Daten besser schützen. Nur das Wesentliche wird mit der Cloud geteilt. AI-Disco baue dabei auf verschiedenen Vorarbeiten und Entwicklungen auf, darunter die Harmonai-Beschleunigung, ein RRAM-basierter KI-Beschleuniger sowie eine neuartige Spiking-Neuralnetzarchitektur. Technische Basis sind unter anderem Risc-V-basierte Edge-Hardware, die mit energieeffizienten KI-Beschleunigern erweitert wird, sowie Methoden wie Federated Learning (verteiltes Lernen, das heißt, KI-Lernen ohne zentrale Datensammlung) und Ansätze aus der neuromorphen KI. Auch Themen wie integrierte Kommunikation und Sensorik (ISAC/6G) sind als Anwendungsfeld adressiert, heißt es weiter.

Fraunhofer IPMS: Expertise in intelligenter Sensorik sowie neuromorpher Hardware

Das Fraunhofer IPMS bringe seine ausgewiesene Kompetenz in KI-basierter Sensorik sowie neuromorpher Hardware in das Verbundprojekt AI-Disco ein. Ziel sei es, energieeffiziente, KI-fähige Hardwarebausteine und anwendungsnahe Demonstratoren für Industrie, Landwirtschaft und Medizintechnik zu entwickeln. Im Zentrum der Arbeiten stehen intelligente Sensorsysteme mit latenzarmen Schnittstellen zur Edge-KI Plattform. Dafür realisiere das Institut Demonstratoren wie ein miniaturisiertes, KI gestütztes NIR-Spektrometer zur Reifegradbestimmung von Obst sowie ein brillenbasiertes Ultraschall-Eye-Tracking-System für medizinische Anwendungen und die Mensch-Maschine-Kollaboration.

Ergänzend entwickelt das Institut den Angaben zufolge neuartige, neuromorphe KI-Prozessoren auf FeRAM Basis, die Rechen- und Speicheroperationen direkt zusammenführen (sogenanntes „In Memory-Computing“). Durch die Fertigung in moderner 22-nm-FDSOI-Technik sowie umfassender Charakterisierung und Optimierung entstehen besonders energieeffiziente Edge-KI-Lösungen.

„Mit unserer Forschung an neuromorpher Hardware und intelligenter Sensorintegration legen wir die technologische Basis für leistungsfähige und zugleich energieeffiziente KI-Systeme. Gleichzeitig leisten wir einen wichtigen Beitrag zur Stärkung der Lausitz als zukunftsweisenden Hightech-Standort“,

erklärt Dr. Sebastian Meyer, Leiter des Institutsteils Integrated Silicon Systems des Fraunhofer IPMS in Cottbus.

Über die R+I Factory

Die R+I Factory (Research and Innovation Factory AI & Microelectronics) ist, so das IPMS weiter, ein modulares Forschungs- und Innovationsvorhaben an der Schnittstelle zwischen KI und Mikroelektronik in der Lausitz. AI-Disco ist das erste bewilligte Modul. Die Initiative trage zur Stärkung des Forschungsstandorts Cottbus bei, indem sie Kompetenzen bündelt, Kooperationen zwischen Wissenschaft und Industrie erleichtert und anwendungsnahe Entwicklungen für regionale Unternehmen und Infrastrukturen ermöglicht. Das Konsortium von AI-Disco besteht aus dem IHP (Frankfurt (Oder) und Cottbus), der BTU Cottbus-Senftenberg, dem DFKI, dem Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS und dem Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) sowie den Industriepartnern ABB, Enertrag und Perinet.

Strategisch sei die R+I Factory so konzipiert, dass in zukünftigen Modulen weitere zentrale Schwerpunkte an der Schnittstelle von KI und Mikroelektronik bearbeitet werden können – etwa KI für die Mikroelektronik-Fertigung, KI für Schaltungs- und Algorithmusdesign, energieeffiziente Mikroelektronik für KI-Anwendungen sowie zeitkritischen Systemen.
Mikroelektronik und Künstliche Intelligenz sind zentrale Schlüsseltechniken, welche die Bundesregierung in der im Juli 2025 veröffentlichten Hightech-Agenda gezielt verfolgt. Die R+I Factory trägt damit dazu bei, die dort definierten Ziele wie technologische Souveränität und den schnellen Transfer von Forschung in die Anwendung zu erreichen.

(Fraunhofer IPMS/Udo Schnell)