TwinSpace

Revolution in der automobilen Softwareentwicklung durch Green-Coding und digitale Zwillinge –
Ökonomie und Ökologie im perfekten Einklang.

Förderaufruf

„GreenTech Innovationswettbewerb“
Digitale Technologien als Schlüssel für die ökologische
Transformation der Wirtschaft

Fördervolumen

3.966.000,77 €
in der Laufzeit: 01.05.2023 – 30.04.2026

Projektübersicht

Traditionell wird die Ressourcenoptimierung nichtfunktionaler Eigenschaften von Software wie Laufzeit, Speicherbedarf und vor allem Energie in der Entwicklung vernachlässigt, da sich die Geschwindigkeit der Hardware ohnehin alle zwei Jahre verdoppelt. Damit räumt diese bahnbrechende Initiative nun auf und zielt darauf ab, (sicherheitsrelevante) Software für eingebettete Systeme im Hinblick auf den Ressourcenbedarf (z. B. CPU, GPU, Laufzeit) zu optimieren, indem die Anwendungsspezifikation auf einen Zwillingsraum (Black-Box-Shells) abgebildet wird, der die Vielzahl der Implementierungsmöglichkeiten von Komponenten im Designraum abstrahiert. Zu diesem Zweck wird ein automatisiertes Reverse Engineering von kompiliertem Code angestrebt. Dieser Code wird dann auf verschiedenen emulierten Hardwareplattformen (HW) simuliert und der Ressourcenbedarf wird gemessen. Sobald die geeignete HW-Plattform ausgewählt ist, wird der Code für die jeweilige HW-Plattform neu kompiliert. Durch die Abstraktion von konkreter funktionaler Software und die Einführung von Software-Zwillingen ist es möglich, Software-Komponenten in einem frühen Stadium auf realer oder virtueller Hardware zu analysieren und abzubilden. So kann das Optimierungsziel der Energieeinsparung von Anfang an in den Entwicklungsprozess einbezogen werden. Das Tolle daran ist: Durch Reverse Engineering entsteht keine Cyber-Gefahr, da nur nicht-funktionale Aspekte übertragen werden. Obwohl zunächst auf die Automobilindustrie fokussiert, hat TwinSpace das Potenzial, branchenübergreifend als Vorbild zu dienen und nachhaltige Spillover-Effekte in der gesamten Technologiebranche zu erzeugen. Mit TwinSpace steht uns eine Zukunft bevor, in der Digitalechnologie und Umweltverantwortung Hand in Hand gehen. Bleiben Sie informiert und vernetzt: LinkedIn

TwinSpace

Motivation

Das TwinSpace-Projekt hat eine klare Motivation hinter sich, die in der traditionellen Softwareentwicklung vernachlässigt wurde. Bisher wurden nicht-funktionale Eigenschaften von Software, wie Laufzeit, Speicheranforderungen und vor allem Energieeffizienz, oft ignoriert, da die Hardware-Geschwindigkeit ohnehin alle zwei Jahre verdoppelt wird. Allerdings geht mit einer höhere Rechenleistung auch ein höherer Energieverbrauch einher. Doch angesichts der Nachhaltigkeitsprobleme in der Digitalisierung wurde die Notwendigkeit erkannt, Energieeffizienz und Ressourcenoptimierung von Software für eingebettete Systeme zu einem zentralen Ziel zu machen.

Statement zur Fördermaßname

Durch die Entwicklung ressourcenoptimierter und energieeffizienter Software für eingebettete Systeme wird das Projekt TwinSpace dazu beitragen, die wachsenden Herausforderungen der Nachhaltigkeit in der digitalen Technologie zu bewältigen und ökonomische und ökologische Aspekte zu optimieren. Mittels des entwickelten, erprobten und angewendeten Green-Coding Entwicklungswerkzeugs mit optimierten Ressourcen-Management soll die digitale Technologien für die Transformation der Wirtschaft hin zu mehr Nachhaltigkeit, Klima- und Umweltschutz genutzt werden. Dabei müssen die eingesetzten digitalen Technologien selbst ressourceneffizient konzipiert sein, um die durch die Digitalisierung induzierten Ressourcenverbräuche zu minimieren.

Zielstellung

Das Projekt „TwinSpace“ zielt darauf ab, den Ressourcenverbrauch von digitalen Technologien zu reduzieren, den Energieverbrauch zu minimieren und den CO2-Ausstoß zu verringern. Dabei sollen Softwareprobleme durch die Abstraktion von konkreten Softwareimplementierungen mithilfe von virtuellen Software-Zwillingen adressiert und den Energiebedarfs von eingebetteter Software optimiert werden. Mit dieser Methode kann Energieeffizienz von Beginn an berücksichtigt werden und ermöglicht frühe Einschätzungen bezüglich Systemanforderungen, die wiederum als Basis für umfassende Optimierungen dienen.

Erwarteter Impact

Durch dieses Vorhaben wird die Softwareentwicklung revolutioniert in dem ökologischer und ökonomischer Nutzen der digitalen Technologie in die Breite getragen wird. Der Standtort Deutschland profitiert von den Ergebnissen, da er seinen Stand in Wissenschaft und Technik bezüglich eingebetteter Software im Automobilbereich erweitern wird und auch in andere Branchen und Anwendungsfelder getragen werden kann. Demnach wird die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands als Technologiestandort gestärkt.

Angestrebte Ergebnisse

Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, die Vorteile digitaler Technologien hinsichtlich ihrer ökonomischen und ökologischen Potenziale zu maximieren.

Entwicklung des Green-Coding-Entwicklungswerkzeugs „TwinSpace“ für effizientere und energiesparende Softwareentwicklung.
Erprobung und Anwendung der Entwicklungen in der Automobilindustrie und später in weiteren Branchen.
Reduzierung des Energieverbrauchs und des CO2-Ausstoßes durch effizientere Software und Hardware.
Bereitstellung einer Methodik und Software für Entwickler von eingebetteten Systemen, um den Ressourcenbedarf frühzeitig zu analysieren und die passende Hardware-Plattform auszuwählen.

Vision

Die übergeordnete Version ist es, eine Welt zu schaffen, in der technologischer Fortschritt und Umweltschutz Hand in Hand gehen. Software, die bewusst und effizient entwickelt wird, kann erhebliche Energie- und Kosteneinsparungen ermöglichen. Mit neuen Ansätzen wie „Green Coding-Mechansimen“ und „Digitale Zwillinge“ wird eine tiefgreifende Veränderung in der Art und Weise angestrebt, wie Software für eingebettete Systeme entwickelt wird. Dies könnte die Branche nachhaltig beeinflussen und als Vorbild für andere Branchen und globale Anwendungen dienen.

Konsortium

Im Rahmen dieses Projektes arbeiten insgesamt 8 Partner und 3 assoziierte Unternehmen eng zusammen. Die Forschung und Entwicklung sowohl von der Universität Rostock, Universität zu Lübeck und Universität Augsburg durchgeführt, als auch durch die beiden Unternehmen emmtrix und AbsInt. Zudem tragen die Lösungsanbieter e:fs, TENSOR, NXP (assoziiert) und SYSGO (assoziiert) maßgeblich zur Entwicklung der Projektergebnisse bei. Cariad fungiert als Anwendungspartner, der die Verwertung in Richtung der Automobilindustrie sicherstellt und die TU Clausthal beauftragt die Ergebnisse zu erproben.

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LPDL: Eine maßgeschneiderte Sprache zur Dokumentation von Lastprofilen

Digitale Zwillinge spiegeln nicht nur den aktuellen Zustand wider, sondern antizipieren auch zukünftige Entwicklungen, simulieren Szenarien und bieten wertvolle Einsichten für die Optimierung realer Entwicklungsprozesse. Doch um diese komplexen digitalen Modelle effizient und präzise zu gestalten, benötigen wir leistungsfähige Werkzeuge, die den speziellen Anforderungen dieser virtuellen Welten gerecht werden. Genau hier setzt die in TwinSpace entwickelte “Load Profile Description Language”, kurz LPDL, an.

Bereit für die Zukunft: Ein neues Paradigma der kontinuierlichen Ressourcenoptimierung durch TwinSpace

Industrieprodukte basieren heute oft auf der schnellen Abfolge von Innovationen, die nicht selten die Hardware vorzeitig obsolet machen, obwohl der wahre Mehrwert für den Kunden mittlerweile fast ausschließlich aus Software-Innovationen resultiert. Hardware, die technisch oft noch über Jahre hinweg funktionstüchtig wäre, wird durch ineffiziente Softwareentwicklung und den Zwang, neue Produkte auf den Markt zu bringen, vorzeitig ausgemustert. Die Lösung dieses Problems liegt in der Optimierung der Software selbst, um die Hardware länger nutzen zu können. Hier setzt der TwinSpace-Ansatz an, der mit Hilfe der Load Profile Description Language (LPDL) eine kontinuierliche und in den Entwicklungsprozess integrierte Ressourcenoptimierung ermöglicht, die den Fußabdruck der Software minimiert.