Speicher und Rechenprozesse enger verbinden

Die neuberufene Professorin Erika Covi entwickelt Technologien für energieeffiziente Computersysteme. Dafür bringt sie Speicher und Rechenprozesse näher zusammen und verbindet Ansätze aus unterschiedlichen Forschungsfeldern.

Künstliche Intelligenz (KI) und andere datenintensive Anwendungen benötigen große Rechenleistungen und damit viel Energie. Ein Grund dafür liegt in der Architektur heutiger Computer: Daten werden im Speicher abgelegt, zum Prozessor transportiert, um dort berechnet zu werden, und anschließend wieder zurückgeschrieben. „Wenn Speicher und Recheneinheit näher zusammenrücken, sparen wir Energie und Zeit“, sagt Erika Covi, neue Professorin für Nanoelectronic Circuits and Systems an der TUM.

Covi arbeitet mit neuartigen Speichertechnologien. Dabei fasziniert sie besonders, dass Informationen in der atomaren Konfiguration eines Materials gespeichert werden können. Verändert sich dieser Zustand, verändern sich auch dessen elektrische Eigenschaften. Solche Bauelemente ermöglichen es, Speicherung und Informationsverarbeitung stärker zu verbinden und somit neue, energieeffiziente Computersysteme zu entwickeln.

Das ist vor allem für Anwendungen interessant, bei denen Daten direkt vor Ort verarbeitet werden sollen. Sensoren, Wearables oder autonome Systeme müssen immer komplexere Aufgaben bewältigen, können dafür jedoch nicht immer auf die Energieressourcen eines Rechenzentrums zurückgreifen. Sie sollen intelligent arbeiten und zugleich möglichst wenig Energie verbrauchen.

Für einen breiten Einsatz in diesen und anderen praktischen Anwendungen sind die neuen Speichertechnologien aber noch nicht zuverlässig genug. Covi erforscht deshalb, wie sich diese Elemente in Schaltungen und Systeme integrieren lassen und wie sich ihre besonderen Eigenschaften gezielt für Rechenaufgaben nutzen lassen.

Dafür ist Expertise aus ganz unterschiedlichen Bereichen nötig. Covi will Nanoelektronik und Data Science mit Sensorik, IT-Sicherheit, Algorithmenentwicklung und Robotik zusammenbringen. Denn neue Bauelemente allein reichen nicht aus: Algorithmen müssen zur Hardware passen, Daten müssen sicher verarbeitet werden und das Zusammenspiel muss am Ende auch in konkreten Anwendungen funktionieren.

An der TUM möchte Erika Covi deshalb vor allem eine Gemeinschaft über Fachgrenzen hinweg aufbauen. „Mein Traum ist es, Menschen aus unterschiedlichen Bereichen zusammenzubringen, die gemeinsam an einer Vision arbeiten“, sagt sie. Ihr Ziel sind Computersysteme, die nicht nur leistungsfähiger und energieeffizienter werden, sondern letztlich auch dazu beitragen, das Leben der Menschen zu verbessern.