Über 100.000 Klicks: Forscher der TU Kaiserslautern erklären Computerchips auf YouTube

Das Studium der Eingebetteten Systeme im Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik an der TU Kaiserslautern vermittelt das Einmaleins der Computer-Architektur. Studentinnen und Studenten erlernen unter anderem, mit welchen digitalen Schaltkreisen und -elementen Mikroprozessoren oder Computerchips funktionieren. Um sich mit der Technik auseinanderzusetzen, bauen sie beispielsweise eigene Schaltkreise. „Dazu nutzen sie bestimmte Chips, sogenannte Field Programmable Gate Arrays, kurz FPGAs“, sagt Matthias Jung, der am Lehrstuhl für Entwurf Mikroelektronischer Systeme bei Professor Dr. Norbert Wehn an der TU Kaiserslautern forscht. Ein FPGA ist ein Chip, auf den eine Schaltung aufgespielt werden kann.

„Die Industrie nutzt sie in vielen Produkten, beispielsweise zur schnellen Signalverarbeitung, gerade wenn kleine Stückzahlen erforderlich sind“, so Jung weiter. „Sie sind wesentlich flexibler als andere Schaltungen, wie etwa sogenannte anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, da man sie im Feld, also beim Kunden vor Ort, direkt neu konfigurieren kann. Fehler können so zum Beispiel schnell und kostengünstig behoben werden.“ Aufgrund ihrer einfachen Entwicklung können Technikkonzerne solche Systeme außerdem schnell auf den Markt bringen.

Seit ein paar Jahren gibt es eine neue Form: die Zynq-Chips. „Sie bestehen aus zwei Komponenten“, sagt Jung. „Neben einem freiprogrammierbaren Element wie bei herkömmlichen FPGAs gibt es zusätzlich einen Prozessor, auf dem Software ausgeführt werden kann.“

„Um herauszufinden, an welchen Stellen die Software viel Zeit verbraucht, nutzen wir ein gängiges Programmierwerkzeug, das Profiling“, erläutert Jung. In der Software, die auf dem Prozessor ausgeführt wird, laufen einzelne Arbeitsschritte nacheinander ab. Mit dem Zynq-Baustein ist es nun möglich, den rechenintensiven Teil der Software auf den integrierten FPGA auszulagern und parallel in Hardware rechnen zu lassen. „Diese sogenannten Hardwarebeschleuniger reduzieren somit die Gesamtlaufzeit des Systems und erhöhen die Energieeffizienz“, so Jung weiter.

Diese Technik sowohl auf Prozessor- als auch auf FPGA-Seite ist sehr komplex. „In Vorlesungen haben wir gar nicht genug Zeit, alle Details der Zynq-Plattform praxisnah zu erklären“, so Jung weiter. Damit der Ingenieurnachwuchs aber nicht das Nachsehen hat, hatten die Forscher eine Idee: Sie haben 2014 einen eigenen YouTube-Kanal ins Leben gerufen. „Wir stellen hier Tutorials ein, in denen wir Schritt für Schritt auf Englisch erklären, wie die Technik funktioniert und welche Anwendungen sich damit realisieren lassen“, sagt Jung.

Jung kümmert sich um die Technik und die Produktion der Videos, während Dr. Mohammad Sadegh Sadri als Moderator durchs Programm führt. Die Videos produzieren die Elektrotechniker in einem Studio auf dem Campus, das ihnen von Kollegen um Professor Dr. Hans Schotten aus dem Studiengang Medientechnik zur Verfügung gestellt wird. Es besitzt unter anderem einen Green-Screen. Damit können die Forscher die einzelnen Arbeitsschritte am Rechner direkt einblenden, ähnlich wie dies beim Wetterbericht im Fernsehen der Fall ist.

Die Reaktionen auf ihr Angebot sind sehr positiv. Ein Großteil der Nutzer stammt aus den USA. „Auf Konferenzen im Ausland werde ich oft darauf angesprochen“, so Jung. „Auch unsere Studenten schauen die Videos, um die Technik weiter zu erlernen.“ Mit ihrem Web-Angebot haben die Kaiserslauterer bereits Tausende von Nutzern erreicht: Vor kurzem haben sie die 100.000-Klick-Marke überschritten.

Der YouTube-Kanal der Kaiserslauterer Ingenieure: www.youtube.com/user/EMSUNIKL