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Da sich die Technologie in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Automobilsektor ständig weiterentwickelt, muss auch die zugrunde liegende Datenverarbeitung im gleichen Tempo voranschreiten, um sie zu unterstützen. Neue Fahrzeuge arbeiten mit immer komplexeren Softwarealgorithmen, einschließlich künstlicher Intelligenz, die zum Beispiel für selbstfahrende Autos und andere computergestützte Sicherheitsfunktionen unerlässlich ist.
Diese Softwaresysteme müssen in der Lage sein, riesige Datenmengen aus der Umgebung zu analysieren und innerhalb von Millisekunden darauf zu reagieren. Diese Rechenleistung ist nur mit Mehrkernprozessoren möglich, also mit Geräten, die aus einem einzigen Schaltkreis mit mehreren Recheneinheiten bestehen.
Um die Effizienz und Sicherheit von Software für Mehrkernprozessoren zu gewährleisten, müssen ihre zeitlichen Reaktionsfähigkeiten analysiert und zertifiziert werden. Bislang gibt es jedoch keine kommerziellen Software-Instrumente, die fortschrittlich genug sind, um diese Aufgabe zu bewältigen und alle von den Regulierungsbehörden gestellten Anforderungen zu erfüllen.
„Das Fehlen einer konsolidierten Mehrkern-Timing-Analysestrategie ist eines der Haupthindernisse für den Einsatz fortschrittlicher Softwarefunktionen in diesen kritischen Branchen“, sagt Francisco Cazorla, Direktor der CAOS-Gruppe am Barcelona Supercomputing Center (BSC) und Koordinator von MASTECS.
Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts MASTECS wurde das erste zertifizierungsfähige Instrument und ein Dienstleistungsangebot für Mehrkern-Timing-Analyse (MTA) entwickelt, um die Komplexität dieser Prozessoren zu bewältigen. MASTECS wollte in erster Linie ein kommerzielles Produkt auf den Markt bringen, in Verbindung mit Fachwissen und Beratungsdienstleistungen für die Softwareindustrie.
Das MASTECS-Team hat sein Hauptziel erreicht, indem die Aufrüstung ihrer Technologie auf einen Stand gebracht wurde, der für den kommerziellen Verkauf geeignet ist.
„Bereits während der Projektlaufzeit entstand ein herausragendes kommerzielles Interesse an der vorgeschlagenen MTA-Technologie, was zu einer soliden Vorbereitung kommerzieller Projekte und der Gründung eines Spin-off-Unternehmens durch den BSC geführt hat“, fügt Cazorla hinzu.
Die neue MTA-Strategie wird einer neuen Ära autonomer Fahrzeuge den Weg ebnen, und könnte auch die nächste Welle von Fahrzeugen umweltfreundlicher gestalten.
„Die Zertifizierung von Software, die auf Mehrkern-Prozessoren läuft, ist von entscheidender Bedeutung, um die Wettbewerbsfähigkeit von Produkten zu erhöhen, da dies zu weniger Verkehrstoten, sichereren und günstigeren Flugreisen und geringeren CO2-Emissionen von Flugzeugen und Autos führen könnte“, bemerkt Cazorla.
Auf frühere Technologien gestützt
Um zu einer neuen MTA-Zertifizierungsstrategie zu gelangen, wurden im Rahmen des MASTECS-Projekts zwei bestehende Softwaretechnologien weiterentwickelt.
Rapita Systems, ein britisches Softwareunternehmen und einer der vier MASTECS-Partner, aktualisierte seine Infrastruktur „Rapita Verification Suite“ (RVS) mit erweiterten Instrumentierungsmöglichkeiten, zusätzlichen Code-Testfunktionen sowie verbesserter Verarbeitung, Analyse und Anzeige von Daten.
Das BSC konsolidierte seine Mikrobenchmark-Technologie für Mehrkern-Software, die drei Schlüsselelemente umfasst. Das erste sind Mikrobenchmarks, kleine Codeschnipsel, die fortlaufend Zugriff auf bestimmte Teile der Hardware ermöglichen. Die zweite Schlüsselkomponente bildet das „Task Contention Model“, ein Software-Instrument, mit dem sich die Ausführungszeit eines Programms auf einem Mehrkern-Prozessor frühzeitig abschätzen lässt. Beim dritten Element handelt es sich um den „Surrogate Application Generator“, der synthetische Programme erstellt, um die Nutzung von Mehrkern-Ressourcen durch Softwareanwendungen zu imitieren.
Prüfung des Tests
Neben der Entwicklung der neuen Software musste das MASTECS-Team jedoch seine eigene Technologie auch validieren. Dies geschah erfolgreich in zwei Tests in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie dem Automobilsektor, die von den MASTECS-Partnern Collins Aerospace Ireland und Marelli Europe durchgeführt wurden.
Aufgrund dieses Testerfolgs wurde die MTA-Lösung von einem Technologie-Reifegrad der Stufe 6 auf den Reifegrad 8 hochgestuft, was bedeutet, dass sie sich unter realistischen Bedingungen bewährt hat und auf den kommerziellen Markt gebracht werden kann.
Das MASTECS-Team optimierte die Automatisierung des Instruments, so dass es sich besser für den industriellen Einsatz eignet. Außerdem wurde die Software unter Berücksichtigung der Qualifikations- und Zertifizierungsanforderungen in den Zielbranchen angepasst, um sicherzustellen, dass das Produkt nahtlos implementiert und breite Anwendung finden kann.
In den 24 Monaten seines Bestehens hat MASTECS seine Technologie erfolgreich eingeführt, fünf kommerzielle Produkte auf den Markt gebracht und das Spin-off-Unternehmen gegründet.
„Wir haben bereits vor Jahren die Grundideen der Mehrkern-Timing-Analyse auf den Weg gebracht“, erklärt Cazorla. „Seitdem konnten wir die Technologie bis zum Reifegrad 8 entwickeln und ein Produkt hervorbringen, das nun erfolgreich vermarktet wird.“