Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 10 Monaten

3-2025

  • Weitere Details anzeigen
  • Electronic
  • Embedded
  • Cybersecurity
  • Kuenstliche intelligenz
  • Digitalisierung
  • Stromversorgung
  • Hmi
  • Industrielle kommunikation
  • Robotik
  • Qualitaetssicherung
  • Bildverarbeitung
  • Automatisierung
  • Sensorik
  • Mess und prueftechnik
  • Steuern regeln
  • Bedienen und visualisieren
  • Iiot
  • Industrie pc
  • Software
  • Sbc boards module
Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Edge AI: Nahe am

Edge AI: Nahe am Endgerätfür mehr Datenschutz, Energieeffizienzund Anwendungen in Echtzeit© InfineonAutor:Wolfgang EckerInfineon TechnologiesPlattform Lernende Systemewww.plattform-lernende-systeme.deEdge AI (Edge Artificial Intelligence)beschreibt den Einsatz vonKünstlicher Intelligenz nahe oderdirekt am Endgerät und Endanwender,sei es zum Beispiel in Fahrzeugen,Robotern, Smartphonesoder medizinischen Sensoren.Diese Technologie ermöglicht es,Gesundheitszustände in Echtzeit zuüberwachen oder Fahrassistenzsystemeschnell auf Hindernisse reagierenzu lassen, was eine frühzeitigeReaktion im Krankheitsfall ermöglichtbeziehungsweise die Verkehrssicherheiterheblich steigert.Der wesentliche Unterschied zurCloud AI liegt in der Art der Datenverarbeitung:Während bei Cloud AIDaten auf zentralen Rechen- undSpeicherinfrastrukturen verarbeitetwerden, erfolgt die Datenverarbeitungbei Edge AI direkt oderin unmittelbarer Nähe der Datenquelle.Dies bringt zahlreiche Vorteilemit sich, darunter geringereLatenzzeiten, Echtzeitanwendungsowie einen reduzierten Energieverbrauchund verbessere Privatsphäreund Sicherheit.Relevanz von Edge AIDie Relevanz von Edge AI wirdbesonders deutlich, wenn man dieHerausforderungen des 21. Jahrhundertsbetrachtet, in denen Energieeffizienzund Nachhaltigkeit insZentrum von Forschung und Entwicklungrücken. Mit der Fähigkeit,in Echtzeit zu arbeiten und sensibleDaten lokal zu verarbeiten, bietetEdge AI Lösungen für Herrausforderungenwie zum Beispiel denKlimawandel, digitale Souveränitätoder Energieversorgung. Geradewegen der begrenzten Rechenleistungund Speicherkapazität vielerEndgeräte zeigt sich Edge AIals vielversprechender Treiber zurFörderung ressourcenschonenderKI-Innovationen in verschiedenenIndustrien, Märkten und Anwendungsfeldern.Nachhaltigere AlternativeIm Vergleich zur energieintensivenNutzung zentraler Rechenkapazitäten,wie es aktuell bei demTraining und in vielen Fällen auchbei der Nutzung von generativer KIüblich ist, stellt Edge AI eine nachhaltigereAlternative dar. Bildgeneratorenwie DALL-E oder Stable Diffusionbenötigen beispielsweise fürdie Erstellung eines Bildes ähnlichviel Energie wie das Aufladen einesMobilfunktelefons. Durch das Designvon Edge-AI-Lösungen für Umgebungenmit eingeschränkten Ressourcen– etwa durch den Einsatzkleiner KI-Modelle – sowie durchgezielte Datenfilterung und intelligenteSteuerung der Algorithmenkann mehr Nachhaltigkeit und Energieeffizienzerreicht werden. So werdenbeispielsweise bei Herzschrittmachernnur relevante Daten, wieAnomalien im Herzschlag, gespeichertund analysiert, oder in mobilenGeräten wie E-Fahrzeugen oderSmartphones werden je nach Energiezustandgezielt Teilmodule anoderausgeschaltet. Zudem ermöglichtdie lokale Verarbeitung einesichere und verlässliche Datenanalysein Echtzeit, was insbesonderebei sensiblen Daten von Bedeutungist: etwa Gesundheitsdaten in derMedizin oder wertvolle Unternehmensdaten.Allerdings ersetzt dasnicht, Edge-Geräte vor unbefugtemZugriff durch Dritte zu schützen.Technischer HintergrundFür die technische Umsetzungvon Edge AI stehen verschiedeneLösungen zur Verfügung (sieheBild 1, 1-7). Dabei können das KI-Training und die KI-Inferenz anunterschiedlichen Punkten ausgeführtwerden, sei es auf Cloud-Servern, Edge-Geräten oder überEdge-Server, Edge-Hubs oderZonen Controller (Fog). Es istjedoch wichtig zu beachten, dasszwischen KI-Inferenz und KI-Trainingnicht immer eine klare Trennungbesteht. Jedoch zeigt sich inder gegenwärtigen Praxis, dass dasTraining sehr viel mehr Speicherbedarfund Rechenressourcen erfordertals die Inferenz. Daher sind invielen Szenarien Lösungen praktikabel,bei denen das Training inder Cloud und die KI-Inferenz aufdem Edge-Gerät stattfindet (sieheBild 1, 2-3).HerausforderungenGesellschaftliche und wirtschaftlicheHerausforderungen mit Hilfevon Edge AI adressieren: Diegesellschaftlichen und wirtschaftlichenHerausforderungen, die mitEdge AI angegangen werden können,sind vielfältig. In intelligentenStromnetzen können beispielsweise130 PC & Industrie 1-2/2025

Bild 1: Unterschiedliche Verlagerung von Inferenz und Training für Edge AIunterstützt von Edge-AI-TechnologienPrognosen über Stromerzeugungund -verbrauch erstellt werden,die ein effizientes Lastmanagementim Stromnetz ermöglichen. ImBereich Umwelt und Nachhaltigkeitkann Edge AI auf Basis von Kamerasystemenund Sensoren in Recycling-oder Abfallbehandlungsanlageneingesetzt werden, um verschiedeneWertstoffe im Abfall in Echtzeitzu erkennen, diese zu analysierenund gegebenenfalls mit Aktorenautomatisch zu sortieren sowie imAnschluss daran verschiedenenWeiterverarbeitungsprozessen zuzuführen.So werden nicht nur Recyclingprozesseverbessert, sondernes kann damit auch ein Beitrag zurKreislaufwirtschaft geleistet werden(Bild 2). Ein weiteres Beispiel ist derEinsatz von Edge AI in der Landwirtschaftwodurch Unkraut automatischerkannt und mechanischentfernt werden kann.Ökonomische PotenzialeDes Weiteren lassen sich mit dieserTechnologie auch ökonomischePotenziale erschließen, beispielsweisein der Produktion und Logistikdurch Automatisierung und vorausschauendeWartung, was die Anlagenkostenreduziert und die Wettbewerbsfähigkeiterhöht. Darüberhinaus kann Edge AI für Unternehmen,die ihre sensiblen Rohdatennicht teilen und extern verarbeitenlassen wollen oder selbst nicht übergenügend Daten verfügen, überhaupterst die Voraussetzungen schaffen,um von den derzeit rasanten Fortschrittenim Bereich der KünstlichenIntelligenz zu profitieren.Organisationen und Unternehmenermöglicht Edge AI, unabhängigervon meist außereuropäischenCloud-Anbietern zu agieren,da Datenströme an der Quelleverarbeitet werden und so die Kontrolleüber sensible Daten gewährleistetwerden kann. Auf diese Weisekann Edge AI zur Digitalen Souveränitätbeitragen.Transfer in die AnwendungstärkenDie Kombination aus dem vorhandenentechnologischen Wissen,der Domänenexpertise und derErfahrung in der Entwicklung vonProdukten, positioniert Deutschlandbestens, um das Potenzialvon Edge AI auszuschöpfen. DerGrundstein für den Erfolg vonEdge AI ist bereits gelegt, da zumeinen in Deutschland und Europaviel Expertise, Know-how und exzellenteForschung auf diesem Gebietvorhanden sind. Zum anderen sindin den Bereichen wie Maschinenbau,maschinelles Edge AI basiertesSehen sowie generell Edge AISensorik mit Blick auf eine produktiveAnwendung schon weit fortgeschrittenund etabliert. Zudembesteht durch die räumliche Nähe zuführenden Industrien wie der Automobilindustrie,Medizintechnik undElektrotechnik/Elektronik die Chance,Edge-AI-Technologie schneller indie breite Anwendung zu bringen.Unter diesen Voraussetzungen könnensich Unternehmen in Deutschlandals Problemlöser für komplexetechnische Unternehmungen aufBasis von Edge AI positionieren.HerausforderungenAllerdings stehen diesen Potenzialenverschiedene Herausforderungenfür die Umsetzung gegenüber.Forschung und Entwicklungsind mit zusätzlichen Anforderungenkonfrontiert, da die Rechenkapazitätund die Energieressourcenkleiner Geräte begrenzt sindund auch die Kosten tragbar bleibenmüssen. Wenn eine sinnvolle,technische Lösung für Edge AI definiertist, wird die reduzierte Komplexitätder Lösung durch eine reduzierteFlexibilität in der Anwendungerkauft. Deshalb besteht die Herausforderungdarin, ein System so aufzubauen,das es allen Anforderungengerecht wird.Ganzheitlicher AnsatzDies erfordert einen ganzheitlichenAnsatz: KI, Software und Hardwaremüssen gemeinsam und mit Blickauf eine kleine Gruppe von Anwendungenentwickelt werden. Dafürgilt es, Synergien zwischen SoftundHardware zu nutzen oder zuerzeugen, um spezifische Ziele imGesamtkontext zu erreichen. Somüssen beispielsweise LösungenPC & Industrie 1-2/2025 131

hf-praxis

PC & Industrie

© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel