Mit effizienteren Mikrochip-Tests digitalen Wandel absichern
© Projekt Bastion
Rund 50 Euro versteckte Kosten, so schätzen Experten, bezahlt eine europäische Durchschnittsfamilie pro Jahr für sogenannte ‚test escapes’. Das sind elektronische Geräte, die trotz erfolgreichem Produktionstest – also aus dem Hersteller unbekannten Gründen – nicht oder nur kurze Zeit richtig funktionieren. Wenn es sich dabei um die neue Kaffeemaschine oder den neuen Flachbildfernseher handelt, dann ist das ärgerlich, aber im Garantiefall nicht weiter tragisch. Problematischer wird es jedoch, wenn das im Fachjargon als „No-Failure-Found“ bezeichnete Problem elektronische Systeme betrifft, die sicherheitsrelevante Aufgaben übernehmen, wie zum Beispiel der Autopilot eines Flugzeugs oder der Airbag im Auto.
Komplexe Systeme, hohe Anforderungen
„Damit solche technischen Geräte nicht plötzlich ausfallen, werden sie bei der Herstellung sowie im späteren Betrieb regelmäßig elektronisch überprüft“, erklärt Prof. Dr. René Krenz-Baath, Professor für Technische Informatik und Leiter des Studiengangs „Intelligent Systems Design“ an der Hochschule Hamm-Lippstadt (HSHL). Dafür kommen unter anderem diverse Softwarewerkzeuge zum Einsatz. Das Problem: Ihre Entwicklung und Anwendung ist aufwendig und teuer – sie steigern die Produktionskosten eines Geräts um bis zu 50 Prozent. „Hinzu kommt, dass elektronische Systeme im Zuge der Digitalisierung immer komplizierter werden und durch die verstärkte Inanspruchnahme schneller altern“, so der IT-Experte. Darauf müsse man Antworten finden.
Das 2014 gestartete EU-Projekt „BASTION“ will genau das tun und bringt dafür neben Krenz-Baath und seinem HSHL-Forscherteam Expertinnen und Experten aus ganz Europa zusammen. Ihr übergeordnetes Ziel ist es, neue Konzepte und Werkzeuge zur Qualitäts- und Funktionsprüfung digitaler Systeme zu entwickeln, die möglichst günstig sind und ‚test escapes’ verhindern.
Mikrochips im Fokus
Im Fokus der Arbeiten stehen Mikrochips. Auf diesen meist wenige Quadratmillimeter kleinen rechteckigen Halbleiterplättchen arbeiten viele Milliarden elektronischer Bauteile, sogenannte Transistoren, zusammen und bilden das „Nervensystem“ jedes automatisierten Prozesses. Vom Radio zum Scheibenwischer, vom Smartphone zum Herzschrittmacher, vom Fließband zum Logistikzentrum – überall geben sie den Takt der Technik an. Ohne Mikrochips wären moderne Fertigungsverfahren, Gebäudeautomation, moderne Gesundheitsversorgung, elektronisch unterstützte Mobilität oder digitale Kommunikation nicht denkbar. „Allein in unseren Handys befinden sich heute zahlreiche Mikrochips“, so Krenz-Baath. „In einem Auto sind es schon mehrere Hundert, in einer modernen Fertigungsanlage mehrere Tausend.“
Sie alle gilt es instand zu halten beziehungsweise deren störungsfreie Funktion zu gewährleisten. Das geht nur mit hochkomplexen Computerprogrammen und erfordert Know-how aus der gesamten Wertschöpfungskette. Bei BASTION sind daher neben der HSHL unter anderem auch der Mikrochip-Hersteller Infineon und der Spezialist für Analyse-Tools ASTER-Technologies Teil des EU-Projekt-Konsortiums.
Forschung vom Design bis zur Hardware
Krenz-Baath und seine Kolleginnen und Kollegen übernehmen den Part des Programmdesigns. Zum einen entwickeln sie Software für Produktionstests, zum Beispiel effizientere Fehlermodelle, die Defekte auf den mittlerweile nur noch wenige Nanometer großen Chip-Strukturen gleich bei der Herstellung erkennen. Zum anderen nehmen sie Teststrukturen in den Blick und untersuchen, wie Geräte beschaffen sein und über welche technische Ausstattung sie verfügen müssen, damit sie von Testprogrammen optimal geprüft werden können – auch während des Betriebs.
Je nachdem, wann die Systemtests zum Einsatz kommen sollen, sind unterschiedliche Aspekte zu berücksichtigen. „Bei der Produktion müssen in kurzer Zeit sehr viele Testläufe bewältigt, bei Feldtests hingegen ganz spezifische Funktionen angeschaut werden“, erklärt Krenz-Baath. Mit seiner Arbeit definieren er und sein Team die Rahmenbedingungen für die Programmentwicklung. Diese wird durch den Konsortialpartner ASTER-Technologies umgesetzt, der Mikrochip-Hersteller Infineon liefert am Ende die Hardware.
Digitaler Wandel braucht Sicherheit
Die Früchte dieser Zusammenarbeit wird das Konsortium nach Abschluss des Projekts in einem Testlauf demonstrieren. Für die HSHL ist BASTION aber jetzt schon ein Erfolg. Es ist hier das erste EU-Projekt und laut Krenz-Baath eine tolle Möglichkeit, die Forschungsaktivitäten im Bereich des Systemdesigns und der Systemverifikation zu stärken und mehr Sichtbarkeit zu erreichen. Das sei auch für die Zukunft wichtig. „Effiziente Systemtests und Verifikationen machen digitalen Wandel überhaupt erst durchführbar“, so seine Einschätzung. „Nur wenn ‚test escapes’ kein Risiko mehr darstellen, können wir von der Nutzung digitaler Systeme langfristig profitieren.“
Kontakt
Hochschule Hamm-Lippstadt
BASTION
Prof. Dr. René Krenz-Baath
+49 (0)2381 8789 415
rene.krenz-baath@hshl.de
Weitere Informationen
www.prosense.info
www.vitting.design.fh-aachen.de/forschung/
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Netzwerkbüro HN NRW | Eva Helm