»ISPU« von STMicroelectronics

Sensor und KI-Prozessor auf einem Chip

17. Februar 2022, 18:57 Uhr | Markus Haller
Der ISUP kombiniert Sensor und Signalprozessor in einem Chip.
Der ISUP kombiniert Sensor und Signalprozessor in einem Chip.
© STMicroelectronics

Die »Intelligent Sensor Processing Unit« verbindet Sensor und Signalprozessor mit KI-Beschleuniger auf einem Chip. Hersteller STMicroelectronics sieht damit die Datenverarbeitung nicht mehr am Edge, sondern im Edge.

Sensoren sind mittlerweile allgegenwärtig. Mit ihrer stets steigenden Zahl steigt auch der Bedarf nach effektiven Methoden zur Datenreduktion, damit der Preis für übertragenes Datenvolumen nicht zu hoch wird. Das Edge-Computing, bei dem Sensordaten in einer sensornahen, aber abgesetzten Recheneinheit wie einem Mikrocontroller oder einem Single Board Computer reduziert und vorverarbeitet werden, bietet dafür eine gute Möglichkeit. Der nächste logische Schritt ist die Verlagerung der Rechenleistung auf den Sensor-Chip. Die Anzeichen dafür konnte man auf Fachmessen wir der Sensor+Test in Nürnberg schon lange beobachten.

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Sensorsystem in einem Gehäuse

Jetzt hat STMicroelectronics den ersten Sensor entwickelt, der ein MEMS-Sensorelement und einen Signalprozessor (DSP) mit KI-Beschleuniger auf einem Chip vereint. Entsprechend wurde ein neuer Produktname kreiert, der diese Funktionen widerspiegelt: Intelligent Sensor Processing Unit (ISPU). Das Ausführen von KI-Algorithmen ermöglicht selbstlernende Sensoren, z.B. zur Maschinenüberwachung, die eigenständig zwischen normalen und abnormalen Betriebszuständen unterscheiden und darauf reagieren können. Damit findet ein Großteil der Sensordatenerfassung und -verarbeitung im Sensor selbst statt.

Als größte Vorteile dieses System-in-Package-Ansatzes sieht STMicroelectronics eine bis zu 80 Prozent reduzierte Stromaufnahme des Sensors, geringere System-Herstellungskosten, einen kompakteren Formfaktor und eine höhere Leistungsfähigkeit. Die Zusammenführung von Sensor und Signalprozessor verkürzt die Kommunikationswege und reduziert den Datenaustausch. Andrea Onetti, Leiter des Bereichs MEMS-Sensoren bei STMicroelectronics stellt zudem den Beitrag zum Datenschutz heraus, da nun »viele Daten den Sensor gar nicht mehr verlassen.«

Optimierter Alleskönner

Der Hersteller selbst positioniert den ISPU als Alternative zur etablierten Sensor-Mikrokontroller-Kombination. Verglichen dazu werden im ISPU viele Daten direkt im Sensor verarbeitet, sodass der Host-Mikrocontroller deutlich länger im Standby-Modus betrieben werden kann. Gegenüber dem ebenfalls etablierten reconfigurable Processing Units (rPU), mit dem sich ein sehr stromsparender Sensorbetrieb inklusive Datenvorverarbeitung umsetzten lässt, kann der ISPU ein deutlich breiteres Anwendungsfeld abdecken. Die Programmierung erfolgt in C und das Chip-Gehäuse ist mit 3 mm x 2,5 mm x 0,83 mm und gleicher Pin-Belegung kompatibel zu den Signalprozessoren aus den Vorgängerserien.


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