Studierende entwickeln funktionierenden KI-Chip – Projekt zur Förderung der praxisorientierten Lehre

Florian Frankreiter (links) und Erik Felgendreher (rechts).
Chip
Foto : IHP 2022
Florian Frankreiter (links) entwickelte einen KI-Chip, Erik Felgendreher testete diesen auf seine Funktionsfähigkeit und baute einen Demonstrator. Beide studieren an der Universität Potsdam und kommen im Rahmen des gemeinsamen Labores regelmäßig ans IHP.
Foto : IHP 2022
Chip und Assembly wurden im Rahmen des Joint Labs entwickelt. Auf der Rückseite sind daher neben dem Namen der Technologie auch die beiden Logos des IHP und der Universität Potsdam zu sehen.

Ein Student entwirft einen Mikrochip. Nicht nur theoretisch im Hörsaal, sondern praktisch an einem modernen Forschungsinstitut. Er verfolgt gespannt, wie sein Kommilitone die Charakterisierung vornimmt. Die Tests beweisen: Sein Chip funktioniert, er kann mithilfe von Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) Probleme lösen. Unter Anleitung ihres Professors sammeln die beiden Erfahrungen, die über das übliche Maß der Hochschulbildung hinausgehen. Diese Form der praxisorientierten Lehre soll Schule machen. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt „Brandenburg/Bayern Aktion für KI-Hardware-Themen im Lehrplan der Universitäten“, kurz: BB-KI Chips, wird die Ausbildung im Bereich der KI-Hardware-Entwicklung vorantreiben. Daran arbeiten die Universität Potsdam und die Technische Universität München. Die Lehre beinhaltet das Design von Systemen mit einfacher und mittlerer Komplexität bis hin zur tatsächlichen Chipfertigung. Für Studierende eine deutschlandweit einzigartige Möglichkeit, diese praktischen Fertigkeiten zu erlernen.

Prof. Dr.-Ing. Miloš Krstić leitet die Abteilung „System Architectures“ am IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik in Frankfurt (Oder) und ist seit 2016 Professor für Design- und Testmethodik an der Universität Potsdam. Über das gemeinsame Labor, das Joint Lab „Wireless and Embedded System Design“, gestaltete er seine Lehre bereits sehr praxisorientiert. Das dort gesammelte Wissen will er im Projekt „BB-KI Chips“ vertiefen und anderen Hochschulen zur Verfügung stellen. „Wir versuchen, den Studierenden zu zeigen, dass die Hardwarentwicklung der Schlüssel dafür ist, die KI-Anwendungen voranzutreiben und wettbewerbsfähige KI-Lösungen ,Made in Germany‘ anzubieten. Nur wer den Zusammenhang zwischen der KI-Spezifikation und der Implementierung der Hardware verstanden hat, kann mit seinen Entwürfen die komplexen Anforderungen an Leistung, Sicherheit und Zuverlässigkeit erfüllen“, ist er überzeugt. Das derzeitige universitäre Bildungsangebot in Deutschland vernachlässigt jedoch häufig Hardware-Themen, während es theoretische Grundlagen und optimale algorithmische KI-Implementierungen betont.

Als Koordinator des BMBF-Projektes „BB-KI Chips“ treibt Miloš Krstić die strategische Ergänzung zum bestehenden Lehrangebot voran. Die Ergebnisse seiner Studierenden der Universität Potsdam zeigen: Es ist die richtige Richtung. Florian Frankreiter entwickelte im Studium einen KI-Chip, Erik Felgendreher testete diesen auf seine Funktionsfähigkeit und baute einen Demonstrator. Den beiden Studenten der Universität Potsdam gelang es, eine KI-Anwendung zum Erkennen von handgeschriebenen Ziffern zu implementieren. „Es ist bemerkenswert“, sagt Prof. Krstić, „dass unser Team von Bachelor-Studenten in der Lage war, einen solchen KI-Chip und eine vollständige Demoplatine herzustellen.“ Häufig werden Entwürfe über mehrere Semester von unterschiedlichen Studierenden weiterentwickelt. „Wir müssen die langen Fertigungszeiten von sechs bis neun Monaten berücksichtigen“, so der Forscher. Seine Studierenden lädt er daher regelmäßig nach Frankfurt (Oder) ein, präsentiert Labore und erklärt die Fertigung im Reinraum des modernen Forschungsinstituts.

Mit der Projektförderung für „BB-KI Chips“ – knapp vier Millionen Euro fließen innerhalb der vierjährigen Projektlaufzeit nach Potsdam und München – werden die Entwicklung und die erste Erprobung der neuen Lehr- und Lernangebote ermöglicht. Neben der Etablierung der Formate an den beiden Hochschulen soll auch ein Leitfaden für die ideale Lehre von Hardware-Themen mit Praxisbezug entstehen, der als Empfehlung an anderen Hochschulen genutzt werden kann.