Synchronisation elektronischer Uhren in verteilten Systemen
Mit der Hightech-Strategie 2025 „Forschung und Innovation für die Menschen“ hat sich die Bundesregierung das Ziel gesetzt, die vielfältigen Anwendungspotentiale exzellenter Forschung noch schneller und effektiver zu identifizieren und für Wirtschaft und Gesellschaft nutzbar zu machen. Dafür muss die Brücke zwischen akademischer Forschung und ihrer wirtschaftlichen Verwertung bzw. gesellschaftlichen Anwendung weiter gestärkt werden. Die BMBF-Fördermaßnahme "Validierung des technologischen und gesellschaftlichen Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung – VIP+" setzt hier an und unterstützt Forscherinnen und Forscher dabei, Forschungsergebnisse systematisch zu validieren und Anwendungsbereiche zu erschließen.
Moderne elektronische Systeme benötigen eine einheitliche Zeitreferenz zur Koordination ihrer Funktion. Aktuell wird diese Zeitreferenz von einem hochgenauen Schwingquarz an untergeordnete Uhren verteilt. Räumliche Entfernung der Komponenten, hohe Taktfrequenzen und verschiedene Störeinflüsse von außen setzen solchen Systemen Grenzen. Das Projekt realisiert eine Lösung dieses Problems, dass als Vorbild ein biologisches System hat. Hierbei werden zelluläre Prozesse zwischen hunderten Zellen in Wirbeltierembryonen koordiniert. Im Vorhaben ermöglicht die Kommunikation benachbarter Uhren die Synchronisation des Gesamtsystems. Das funktioniert auch robust bei hohen Frequenzen, zeitverzögerter Signalübertragung und gestörten Kommunikationskanälen ohne externe Zeitreferenz. Dabei ist sichergestellt, dass über lange Zeiten keine Zeitdifferenzen zwischen den Uhren entstehen. Im Vorhaben soll ein System aus 144 (Hardware-) Einheiten realisiert werden, dass durch entsprechende Softwarekomponenten synchronisiert wird. Anwendungsfelder sind die Antennentechnik, Mobilfunkstandards wie 5G, verteilte Systeme wie Rechnerzentren oder Innenraumnavigation. Eine Lizenzierung an Chiphersteller oder Mikroelektronikunternehmen ist ebenso denkbar wie eine Ausgründung zum Beispiel zum Vertrieb der Architektur.