Fraunhofer IPMS entwickelt 10G TSN-Endpoint für Echtzeit-Ethernet mit 10 Gbit/s
Die Anforderungen an Ethernet-Netzwerke in Automotive, Industrie und sicherheitskritischen Anwendungen steigen rasant: Immer höhere Datenraten müssen mit exakt planbaren Zeitabläufen kombiniert werden. Das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS reagiert darauf mit einem neuen 10G TSN-Endpoint IP-Core, der deterministische Echtzeitkommunikation mit Datenraten bis 10 Gbit/s ermöglicht.
Der neue 10G TSN-Endpoint (EP) erweitert das Portfolio an Time-Sensitive-Networking (TSN) IP-Cores des Fraunhofer IPMS. Er adressiert anspruchsvolle Anwendungen, bei denen höchste Bandbreiten, präzise Zeitsynchronisation und zeitlich exakt planbare, zuverlässige Datenübertragung entscheidend sind. Gegenüber den bisherigen 1G TSN IP-Cores ermöglicht der neue 10G TSN-EP IP-Core eine Verzehnfachung des Datendurchsatzes bis zu 10 Gbit/s bei durchgängig deterministischem Verhalten über das gesamte Netzwerk hinweg. Damit unterstützt er die Entwicklung von Echtzeit-Ethernet-Netzwerken der nächsten Generation.
Präzise Zeitsynchronisation im Nanosekundenbereich
Technisch setzt der neue 10G TSN-EP IP-Core auf eine robuste, hardwarebeschleunigte Umsetzung der Zeitsynchronisation nach IEEE 802.1AS-2020 (gPTP). Dadurch erreicht er Synchronisationsgenauigkeiten von unter 10 Nanosekunden in Ethernet-Netzwerken und gewährleistet stabile Zeitbasen auch bei sehr hohen Datenraten. Unterstützt werden zentrale TSN-Standards wie IEEE 802.1Qav für Audio/Video-Traffic-Shaping, IEEE 802.1Qbv für zeitgesteuertes Scheduling, IEEE 802.1Qci für Per-Stream-Policing sowie IEEE 802.1CB (FRER) für redundante, fehlertolerante Übertragungen.
Einfache Integration und kurze Time-to-Market
Für eine schnelle Implementierung stellt das Fraunhofer IPMS leistungsstarke Linux-Treiberpakete und Referenzimplementationen bereit. Letztere decken sowohl native XGMII-Schnittstellen als auch gängige 10G-Interfaces wie 10G-BASE-R / SFI / XFI ab, beispielsweise auf AMD Xilinx FPGAs. Der 10G TSN-EP IP-Core ist für eine Vielzahl bewährter FPGA- und ASIC-Zielplattformen ausgelegt und erleichtert so die schnelle Integration in kundenspezifische Designs.
Breites Anwendungsspektrum
In modernen In-Vehicle-Netzwerken dient der 10G TSN-EP IP-Core als deterministischer Backbone für Domains wie ADAS, Infotainment und Zentralrechner. In der Sensorik ermöglicht er verlust- und jitterarme Datenpfade für Video-, RADAR- und LIDAR-Daten – auch bei simultanem Multistream-Betrieb. In der Industrieautomation unterstützt er skalierbare, echtzeitfähige Netzwerke für synchronisierte Antriebe, Robotik und Bildverarbeitungslinien. Planbare Latenzbudgets über das gesamte Netzwerk hinweg steigern die Zuverlässigkeit und Effizienz komplexer Produktionsanlagen.
Auftakt für eine neue Generation von High-Speed-TSN-IP-Cores
„Mit unserem neuen 10G TSN-Endpunkt erweitern wir unser Portfolio an TSN IP-Cores um eine wichtige Ausbaustufe und legen zugleich den Grundstein für eine Reihe von High-Speed-TSN IP-Cores“, sagt Alexander Noack, Bereichsleiter Data Communication & Computing (DCC) am Fraunhofer IPMS in Dresden. „Damit treiben wir die Entwicklung einer neuen Generation von IP-Cores für echtzeitfähige Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Netzwerke voran, in denen exakte Zeitsynchronisation entscheidend ist – von Automotive über Industrie bis hin zu Raumfahrt und Verteidigung.“
Im Rahmen des Förderprojekts CeCas arbeitet das Fraunhofer IPMS derzeit an der Entwicklung einer Supercomputing Plattform für hochautomatisierte Automobile, bei der 25G TSN-Lösungen getestet werden. Ergänzend zum neuen 10G TSN-EP IP-Core befinden sich bereits ein 10G TSN-Switched-Endpoint sowie ein 10G TSN-Switch in der Umsetzung und werden im Laufe des Jahres verfügbar sein.
Über das Fraunhofer IPMS
Das Fraunhofer IPMS ist ein international führender Forschungs- und Entwicklungsdienstleister für elektronische und photonische Mikrosysteme in den Anwendungsfeldern Intelligente Industrielösungen, Medizintechnik und Gesundheit, Mobilität sowie Grüne und Nachhaltige Mikroelektronik. Forschungsschwerpunkte sind kundenspezifische miniaturisierte Sensoren und Aktoren, MEMS-Systeme, Mikrodisplays und integrierte Schaltungen sowie drahtlose und drahtgebundene Datenkommunikation. In den Reinräumen findet Forschung und Entwicklung auf 200 sowie 300 mm Wafern statt. Das Angebot reicht von der Beratung und Konzeption über die Prozessentwicklung bis hin zur Pilotserienfertigung.
Der Geschäftsbereich Data Communication und Computing (DCC) entwickelt als Experte für sichere Datenkommunikationslösungen innovative Technologien in den Zukunftsfeldern IP-Cores, Li-Fi (lichtbasierte Datenübertragung) und Quantum Technologies. Diese Entwicklungen ebnen den Weg für neuartige und sichere Kommunikationslösungen in Schlüsselindustrien wie Mobilität, Telekommunikation, Industrieautomation oder der Energieversorgung.
Quelle: Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS
Bildquelle: Fraunhofer IPMS
