Durch Reaktionszeiten unter 1 Millisekunde soll die 5. Mobilfunk-Generation („5G“) imstande sein, Dutzende, ja Hunderte Roboterautos so miteinander zu vernetzen, dass Zusammenstöße nahezu ausgeschlossen sind und viel Straßen-Neubau wegfallen kann – weil die Pisten dann dichter mit schnell fahrenden Autos „gepackt“ werden können. Die Koordination sollen winzige Supercomputer mit Millionen Rechnerkernen übernehmen, die bis 2030 an der TU Dresden entwickelt werden. Foto (bearbeitet): Heiko Weckbrodt
5G-Mobilfunkforscher der TU Dresden wollen Deutschlands Straßen und Bahnstrecken mit winzigen Supercomputern spicken
Dresden, 16. März 2016. Um den Verkehr der Zukunft nahezu unfallfrei und vollautomatisch abzuwickeln, möchten Dresdner Mobilfunk-Forscher die deutschen Straßen und Bahnstrecken mit unzähligen würfelgroßen Supercomputern bestücken, nicht größer als ein Tetrapack. „Die Kollegen vom HAEC-Projekt wollen dafür bis zum Jahr 2030 Computer konstruieren, die auf einem Liter Volumen rund zehn Millionen Rechnerkerne haben“, kündigte Dr. Rico Radeke vom „5G Lab Germany“ der Technischen Universität Dresden (TUD) am Rande der Technologiekonferenz „DATE“ in Dresden an.
Rico_Radeke vom 5G-Lab Germany der TU Dresden. Foto: Heiko Weckbrodt
Agile lokale Rechnerwolke passt sich Autoströmen an
Und diese Rechenkraft wird auch nötig sein. Diese Hochleistungscomputer sollen im Verbund eine mobile, anpassungsfähige Rechnerwolke („agile Cloud“) entlang der Straßen und Bahngleise formieren. Eingebaut in Straßenlaternen, Basisstationen, ja in die Autos, Laster und Züge selbst, vernetzen sie sich dann mit allen Autos im Umkreis über den besonders reaktionsschnellen Mobilfunk der 5. Generation (5G), der ab 2020 schrittweise scharf geschaltet wird. Und diese Superrechner sorgen per Echtzeit-Verkehrssteuerung dafür, dass jede Lücke im Verkehrsfluss optimal ausgenutzt wird: für geschmeidige Ein- und Abbiege-Manöver, um die Roboterautos noch dichter gepackt mit Highspeed fahren zu lassen, um die Autobahnen und anderen Straßen effektiver auszulasten – und um Unfälle nahezu unmöglich zu machen, weil dann jedes Auto die genauen Fahrpläne aller anderen Autos im Umkreis „kennt“.
Verkehrsinfos nicht erst gen USA senden
Um so viele Autos zu koordinieren, sind kurze Reaktionszeiten extrem wichtig. Zackig reagierende 5G-Funksignale sind da nur der eine Part. Mindestens genauso wichtig wird es sein dafür zu sorgen, dass die so gesammelten Informationen nicht erst zu Cloud-Rechenzentren in Hunderten Kilometern Entfernung oder gar erst in die USA übertragen und dann wieder zurück geschickt werden. Deshalb sind mobile Supercomputer, die als mobile anpassungsfähige und lokale Cloud die Fahrer begleiten, auch so ein wichtiges Entwicklungsziel in Dresden – wobei das 5G dafür mit dem cfaed auf dem TUD-Campus erfahrene Partner hat.
Schlüsselkonzept Multicore
Das TUD-Zentrum für fortgeschrittene Elektronik cfaed verfolgt nämlich bereits seit geraumer Zeit einen Forschungspfad, der auf immer mehr Rechnerkerne in einem Prozessor setzt. Spezial-Anfertigungen wie der Dresdner „Tomahawk“-Prozessor haben bereits Dutzende Kerne integriert, und dies ist wohl erst der Anfang. Dieser Multi-Core-Ansatz könnte sich in mehrerer Hinsicht für Verkehrsfluss-Steuerungen von 5G-vernetzten Autos eignen: Viele Rechner-Kerne sind einerseits gut für parallelisierbare Rechenaufgaben, wie sie bei Simulationen mit vielen Akteuren – wie eben Roboterautos im Straßenverkehr – auftreten. Auch könnte man die Kerne sich gegenseitig überwachen lassen und damit Fehler oder Hacker-Angriffe minimieren.
Und nicht zuletzt sollen die Mini-Supercomputer auch mobil unterwegs sein, in den Autos zum Beispiel, die damit ihre persönliche Cloud mit sich herumschleppen. Um dabei Energie zu sparen, könnten die Vielkern-Systeme ganz nach aktuellem Rechenbedarf ganze Kerngruppen an- oder abschalten – ein Ansatz, den eben besonders die cfaed-Gruppe „HAEC“ („Highly Adaptive Energy-Efficient Computing“) verfolgt. Und diese cfaed-Entwicklungen sollen dann eben den 5G-Entwicklern auf dem, TUD-Campus helfen, voran zu kommen.
Sebastian Werner von der TU Dresden führt eine Robotersteuerung per Sensorkleidung vor. Dies soll durch schnellen 5G-Mobilfunk zu einem Standard zum Beispiel in Schutz-Laboren oder in der Telemedizin werden. Foto: Heiko Weckbrodt
5G wird ein Game Changer sein
„5G wird ein Game Changer* nicht nur für die Telekommunikation im klassischen Sinne sein, sondern auch für den Autoverkehr, Robotik, Industrieautomatisierung und viele andere Gebiete“, schätzte Dr. Rico Radeke ein. Denn der 5G-Mobilfunk werde nicht nur Datentempo auf dem Smartphone möglich machen. Sondern er werde durch seine kurzen Reaktionszeiten, seine Ausfall- und Angriffssicherheit auch ganz neue Anwendungen erlauben von der Telemedizin über die Katastrophenhilfe und unfallfreies automatisches Fahren bis hin zu neuen Stufen der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter in hochautomatisierten „Industrie 4.0“-Fabriken.
Interesse der Industrie an 5G wächst derzeit stark
Kein anderes Forschungszentrum weltweit entwickele diesen 5G-Funk so ganzheitlich wie das „5G-Lab“ an der TU Dresden, ist Radeke überzeugt. Und das Interesse der Industrie an dem neuen Funkstandard sei in jüngster Zeit enorm gewachsen. „Wir haben jetzt zehn, nein schon elf Industriepartner an Bord, weil wir eben zu den ganz wenigen gehören, die 5G zumindest in Teilen auch schon vorführen können“, sagte er.
Und er ist auch optimistisch, dass sich diese Forschungen der TUD an vorderster technologischer Front für die ganze Region auszahlen werden. „Ich sehe eine gute Chance, dass 5G-Produkte und -Systeme in Zukunft auch hier in Dresden und in der Region entworfen und hergestellt werden und für Arbeitsplätze sorgen“, prognostizierte Rico Radeke. Den Tomahawk-Experimentalprozessor der TUD beispielsweise hat Globalfoundries Dresden produziert. Und ähnliche Hoffnungen verknüpft auch Dresdens Wirtschaftsförderer Robert Franke mit dem 5G-Lab: Wenn es Dresden nicht gelinge, aus diesen Spitzenforschungen neue Jobs und Unternehmen zu generieren, dann habe man bestimmt etwas falsch gemacht, sagte der kommunale Amtsleiter für Wirtschaftsförderung.
Autor: Heiko Weckbrodt
* „Game Changer“ meint eine bahnbrechende Technologie bzw. ein Produkt, das den gesamten Markt umkrempelt.
Kommentar: Einfältige Hoffnung
Bernd Junghans. Foto: privat
„So zukunftsträchtig und faszinierend die Entwicklungsarbeiten zu 5G an der TU Dresden und bei ihren Partnern sind, so einfältig sind die Hoffnungen, diese Produkte auch in Dresden zu produzieren. Gegenwärtig schon hinken die Halbleiterunternehmen in Dresden, Deutschland und Europa der Entwicklung in der Welt bei der Höchstintegration um 3 Technologiegenerationen hinterher. Für die Computer, „die auf einem Liter Volumen rund zehn Millionen Rechnerkerne haben“ braucht man aber diese und künftige Technologien der Höchstintegration, die es derzeit nur in Asien und den USA gibt. Es müsste schon ein Wunder geschehen, wenn die sächsischen, deutschen und europäischen Politiker rechtzeitig aufwachen, um über ihren ordnungspolitischen Schatten zu springen und der High-Tech-Industrie eine Chance geben würden, international wettbewerbsfähig zu werden.“
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