technische informatik · ti = schlüssel für „ubiquitous computing“ embedded systems...
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TECHNISCHE INFORMATIK
Studieren und Forschen an der TU-Wien
http://ti.tuwien.ac.at/teaching/beginnersday.pdf
1
und jetzt …
Technische Informatik einst…
TI
inside …
2 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Cyber- physical Systems
Real-Time
Systems
Fault-
Tolerant
Systems
HW/SW
Codesign
Systems -on
Chip
Distributed Systems
Parallel
Computing
TI = Schlüssel für „Ubiquitous Computing“
Embedded Systems
(Wireless)
Communications
Hardware/Software-
Architekturen
Natürliche Interfaces
Sensorik, Aktuatorik
Telekommunikation
Gebäude- und
Heimautomation
Autos, Flugzeuge
Industrieautomation
Medizintechnik
u.v.a.m.
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 3
Berufsfelder
VLSI Design
HW-nahe SW-Entwicklung
(Microcontroller, DSP,
Multicore)
Applications Engineering
Cyber-Physical/Embedded
Systems Engineering
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 4
Beispiel: Automobilindustrie
Engine Control
ABS & Airbag Control
Electronic steering wheel
Infotainment
Collision avoidance
Verkehrstelematik
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 5
Beispiele österreichischer Firmen (1)
AVL (Graz): Verbrennungsmotoren, Testbeds und Meßequipment, Simulation, ...
RUAG Space (Wien): Elektronik, Signalverarbeitung & Kommunikation für Satelliten
Bosch (Wien): Einspritztechnik, ABS, Fahrer-Informationssysteme, ...
Elektrobit (Wien): Zuverlässige Computersysteme mit Fokus auf „by-wire“ Applikationen im Auto
Frequentis (Wien): Kommunikationssysteme für Flugsicherung, Rettung, Feuerwehr, Schifffahrt, ...
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 6
Beispiele österreichischer Firmen (2)
Infineon (Wien, Klagenfurt): Chip-Technologie
Keba (Linz): Roboter-Handhabungsgeräte, SB-Banking, Lotterieterminals, ...
Magna (Graz): Fahrzeugtechnik
ABB (Wien): SCADA Systems, Verkehrstechnik, …
Siemens (Wien): Telekommunikation, Automatisierungs-technik, Medizintechnik, Verkehrstechnik, ...
TTTech (Wien): Zeitgesteuerte Echtzeittechnologie
Thales (Wien): Eisenbahnsteuerungen, Stellwerke
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 7
Theoretisch Experimentell
Technologisch
Feldebene
Automationsebene
Managementebene
M M
Brandmelde-
technik
Heizkessel
Raum-
automation
Kälte-
maschinen
Wartung
Instand-
haltung
Fax, E-Mail
Host-
Rechner
Aufzüge,
Roll-
treppen,
etc.
Facility
Management
Heiz-
tagebuch
Pager-SMS/Dienste
Zutritts-
kontrolle
Gebäudeautomation„alte“ GLT
Einbruch-
meldetechnik
TI
TI Forschung
SRDS'03 Ulrich Schmid3
Round K Perception Matrix
V (t)
t
V (t1)
asymm.
symm.
omission
correct
t1
V (t1 + )t1 +
proc 2’s perceptio
n
of 1’s
broadcast data V 1
+ at most
additional f l
r (f lra )
receive link fa
ilures/r
ow
+ at most
additional f l
s (f lsa )
send link fa
ilures/c
olumnproc 1’s
view
8 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
TI Forschungsfelder
Technologische Forschung
• Ergebnis: Primär technologische Innovation
• Chips, Systemarchitekturen, Anwendungen, ...
• Methodik: Primär experimentell
Wissenschaftliche Forschung
• Ergebnis: Primär Erweiterung des Wissens
• Voraussetzung für technologische Innovation !
• Modelle, Algorithmen, Protokolle, ...
• Methodik: Primär theoretisch (formal-mathematisch)
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 9
TI Forschung an der TU-Wien
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 10
• Fakultät für Informatik
– Institut für Technische Informatik (E191)
• Cyber-Physical Systems Research Division Bartocci, Grosu, Puschner
• Embedded Computing Systems Res. Division
Schmid, Shafique, Steininger
• Automation Systems Research Division
Blieberger, Kastner
• Parallel Computing Research Division Träff, Hunold
• Fakultät für Elektrotechnik und
Informationstechnik
– Institut für Automat.- und Regelungstechnik (E376)
– Institut für Computertechnik (E384)
– Institut für Nachrichtentechnik (E389)
cloud
swarm fog
Institut für Technische Informatik CPS Research Division [Grosu]
CPS/IoT Ecosystem
• Swarm/Fog/Cloud design
• Learning/Verification/Control
Modeling and Learning
• Recurrent neural netwoks
• Classic and biology inspired
Machine Learning
• Supervised learning
• Reinforcement learning
Verification
• Reachability analysis
• Tight Lagrangian reachtubes
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 11
Institut für Technische Informatik CPS Research Division [Bartocci]
Verification of CPS design
• Reachability Analysis
• Fault-localization & explanation
Synthesis of CPS
• From specification to controller design
Runtime Verification
• HW-based monitoring
• Mining/Learning of Requirements
Quantitative Evaluation
• Probabilistic/Statistical Model Checking
• Parameter Synthesis Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 12
Hybrid Systems
!x fq x
q2
q1
q0
STL Specification
j := x t( ) > 0.5( )®à0, 1[ ] !
0, 2[ ] x t( ) < 0.5( )( ) |x| > 0.5 implies within 1 s, |x| settles between 0 and 2 s
Simulation
x t
q0 q1 …
Monitor
Model&&Checking&
OK& KO&
Boolean
verdict
Institut für Technische Informatik CPS Research Division [Puschner]
Echtzeitsysteme
• TTP, TTE … hochzuverlässige Komm. (z.B. Flugzeug, Automobil)
• Systemarchitekturen für
Multi-Criticality Systems
Garantiertes Zeitverhalten
• Worst-Case Zeitanalyse
• Echtzeitbetriebssysteme
• Programmierung und Code-
Generierung
• HW/SW-Architekturen
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 13
Institut für Technische Informatik ECS Research Division [Schmid]
Fehlertolerante verteilte Algorithmen
• System- und Fehlermodelle für
hochzuverlässige Systeme
• Agreement in Dynamischen Netzwerken
• Echtzeitverhalten
Verteilte Algorithmen und VLSI
• Selbststabilisierung
• Byzantinische Fehlertoleranz
• System- und Fehlermodellierung
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 14
p3
p2
p1
p4
p5
f +1
2f +1
≤ ≤ d+
A
10:00
C B
08:00
10:00
08:00
10:00 08:00
DSP
WLAN
Video
GPRS
GPS
p q i o [d]
SSOsc
T
Institut für Technische Informatik ECS Research Division [Shafique]
Technische Informatik: Studieren
und Forschen an der TU-Wien 15
CARE-Tech.: Computer Architecture and
Robust Energy-Efficient Technologies
• cross-layer HW Security
• Robust embedded computing
• On-Chips Systems for Wearable Healthcare
• Low-Power camera-/sensor-processing
for CPS/Automotive and IoT
• Brain-Inspired Computing
Approximate Computing
Deep Learning architectures
post-CMOS technologies
FC layer
C1
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1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
C2P1 P2 FC
Input Image
First ConvolutionC1@6 filters
PoolingP1@Average
Second ConvolutionC2@12 filters
PoolingP2@AverageImage 01
Source: S. Mitra, P. Wong (Stanford),
C. Mackin (MIT), J. Zhang (Google) Source: K. Roy, Purdue
Institut für Technische Informatik ECS Research Division [Steininger]
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 16
Asynchrone Designmethoden
• Design-Flow für ASIC & FPGA
• Fehlertoleranz & Robustheit
• Kombination mit synchron (GALS)
• Metastabilität & Synchronizer
On-Chip Fehlertoleranz
• Radiation Modelling (SEUs)
• Radiation Tolerance
• „Design for Dependability“
comb combreg
CLK
comb comb
req
ack
Institut für Technische Informatik Automation Systems Research Division [Kastner]
Fehlertolerante Echtzeitsysteme
• WC Execution Time Analysis
• Program Analysis
Distributed Automation
• Automationsnetze
• Modellierung
• Integratives System-Design
• Simulation
• “Smart” Control
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 17
Institut für Technische Informatik Automation Systems Research Division [Kastner]
Automation System Integration
• Deep Integration
Security UND Safety
• Management Integration
System interfaces
Applikationsdomänen
• Smart Homes & Buildings
• Smart Grids Smart Cities
• „Industrie 4.0“
• Internet of Things (IoT)
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 18
Institut für Technische Informatik Parallel Computing Research Division [Träff]
Solving computational problems
efficiently on real, parallel machines
Parallel machine models, real machines,
hardware, communication models, memory
models, complexity
Parallel algorithms, and implementations on
real machines (multi-core and distributed-
memory)
Parallel interfaces and languages (MPI,
OpenMP, cilk, …)
Experimental parallel computing
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 19
Jedes Wintersemester:
• Übersichtvorträge über konkrete Forschungsthemen
• Einblick in aktuelle Forschungsfragen
• Nützlich für Themenwahl Praktika, Bachelor- und Diplomarbeiten
• Offen für alle InteressentInnen
http://ti.tuwien.ac.at/institute/teaching/ti-research-presentations
TI Research Presentations
20 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
TI Studieren
21 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Rahmenbedingungen Studienplan TI
TI ist Wachstumsbranche Immer größerer Bedarf an
hochqualifizierten Spezialisten
• Industrie: Systemingenieure, Entwickler, Technische Manager, etc.
• Forschung: Wissenschaftler
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 22
Primäre Zielsetzungen Studienplan TI:
• Ausbildung an der Schnittstelle Elektrotechnik / Informatik
• Primär Informatik-Sichtweise
• Quadratur des Kreises: Praxis versus Wissenschaft
Herausforderungen
Informatik
Mathematik (auch
kontinuierlich)
Elektrotechnik
Physikalisch/technisches
Anwendungswissen
Hardware/Software
Signalverarbeitung
Kommunikation
Fehlertoleranz
Echtzeitverarbeitung
Security
Energie/Ressourcen-
Effizienz
Autonomie
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 23
Interdisziplinarität: Integrative Sichtweise:
TI Studienangebot TU-Wien
6 Semester Bachelor TI (535, 180 ECTS)
• Wesentlich grundlagenorientierter als Fachhochschule
• Klar vorgegebene Struktur
• Typische Studierendenzahlen 50-70 Anfänger, 40-50 im 3. Semester, 20-30 Absolventen
• Einige LVAs aus Fakultät ETIT importiert
• LVAs 1. Jahr meist gemeinsam mit anderen Informatik-Bachelors
• Abschluss: Bachelorarbeit (Graduierung: BS)
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien 24
4 Semester Master TI (938, 120 ECTS)
• Primär forschungsorientierte Ausbildung, wissenschaftlicher
Fokus (formal-mathematische Methoden, Abstraktionsvermögen)
• Typische Studierendenzahlen: 15-20 im 2. Semester, 10-15 Absolventen
• Sehr weitgehende Wahlmöglichkeiten
• Abschluss: Masterarbeit, Diplomprüfung (Grad.: MS = Dipl.-Ing.)
Gehobene Entwicklungsaufgaben in
Cyber-Physical/Embedded Systems
• VLSI Design
• Microcontroller/DSP/Multicore Software-
Entwicklung
• Analyse und Design zuverlässiger Systeme
Applications Engineering (SW/HW)
Unterstützende Aufgaben im
Forschungsumfeld
Qualifikationsprofil Bachelor TI
25 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Übersicht Bachelor TI
1. 30
2. 30
3. 30
4. 30
5. 22
6. 10
28
180
Programming Hardware Signale &
Systeme Dependable Systems & Core
Einf.
Programmieren 1
(5.5 ECTS)
Grundlagen
Digitaler Systeme
(3)
Algebra und
Diskrete Math.
(4+5)
Analysis (2+4)
Einf..
Programmieren 2
(4)
Algorithmen und
Datenstrukturen
(8)
Analysis II (3+4.5)
Comp. Netzw. (3)
Betriebssysteme
(2+4)
Elektrotechnische
Grundlagen
(4+3.5)
Signale und
Systeme 1 (4.5)
Programm- und
Systemverifikation
(6)
Bachelor-Arbeit
(10)
Regelungstechnik
(4.5+1.5)
Wahlpflicht (10)
Theoretische Inf.
und Logik.(6)
Microcontroller (7)
Denkweisen der
Informatik (5.5)
Orientierung (1)
Formale
Modellierung (3)
Wahrscheinlich-
keitstheorie u.
Stoch. Pr.. (4+3.5)
Signale und
Systeme 2 (4)
Modellbildung (3)
Digital Design (3)
Einf. Wiss.Arb. (3) Dezentrale
Automation (2+4)
Freifächer (18)
Echtzeitsyst. (2)
DepSys (3) Rechnerstrukt. (3)
HW Model. (1.5)
Digital Design &
Rechnerstr. (7.5)
ECTS
26 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
27
Wahlfächer Bachelor TI
Vertiefung
Abstrakte Maschinen (6.0)
Praktikum TI (6.0)
Übersetzerbau (6.0)
Vertiefung TI
…
Fachübergreifende Qualifikationen und freie Wahl
Fachübergreifende Qualifikationen (9.0)
Freie Wahl (9.0)
Verbreiterung
Datenbanksysteme (6.0)
Einf. Mustererkennung (6.0)
Grundlagen intelligenter Sys. (8.0)
Modellierung (6.0)
Programmierparadigmen (6.0)
Verteilte Systeme (6.0)
…
Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Highlights BTI (I)
BTI ist vermutlich das anspruchsvollste Bachelor-Programm der Informatik ganz besonders an überdurchschnittlichen Studierenden interessiert.
VORTEILE:
Betreuungsverhältnisse wie an erstklassigen internationalen Universitäten (außer in gemeinsamen LVAs des 1. Jahres …)
Einschlägige Firmen suchen verzweifelt hochqualifizierte TI-Experten erstklassige Berufsaussichten
Multidisziplinäre Arbeit ist intellektuell herausfordernd und befriedigend garantiert lebenslanges Interesse
Bachelor with Honors
28 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Highlights BTI (II)
BTI ist keineswegs „unstudierbar“ !
Keineswegs nur für HTL-Absolventen geeignet !
Umstieg von BTI auf anderes Informatik-Bachelorstudium im 1. Jahr ohne „Verluste“ möglich !
Fortsetzung mit anderem Informatik-Masterstudium (etwa Software und Information Engineering) einfach !
29 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Checklist „Bachelor TI 4 Me“ ?
Interesse an Elektrotechnik und technischen Anwendungen ?
Interesse an Mathematik (inklusive Analysis) ?
Ganzheitliche Sichtweise ?
Neigung zur Tüftelei ?
Schriftliche und mündliche Kommunikationsfähigkeit, v.a. mit Vertretern anderer Disziplinen ?
Teamfähigkeit ?
30 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Wissenschaftliche
Forschung
Industrielle Forschung
Modellierung, Design und
Analyse von Cyber-
Physical Systems
Qualifikationsprofil Master TI
Feldebene
Automationsebene
Managementebene
M M
Brandmelde-
technik
Heizkessel
Raum-
automation
Kälte-
maschinen
Wartung
Instand-
haltung
Fax, E-Mail
Host-
Rechner
Aufzüge,
Roll-
treppen,
etc.
Facility
Management
Heiz-
tagebuch
Pager-SMS/Dienste
Zutritts-
kontrolle
Gebäudeautomation„alte“ GLT
Einbruch-
meldetechnik
31 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Engi
Übersicht Master TI
1.
2.
3.
4.
Digital
Circuits &
Systems
Cyber-
Physical
Systems
Depend.
Distribut.
Systems
Adv.DigDes
(4.5).
Adv.CA (4.5)
Discr.Math (9)
Formal Meth.
(9)
CPS: Stoch.
Foundations
(6)
Advanced
Multiprocessor
Progr. (4.5)
Verteilte
Algorithmen
(6)
Computer
Aided
Verificat. (6)
Diplomarbeit
(30)
Wahlmodule
Automation Computer-
Aided
Verificat.
IT in
Automation
(6)
SigPr.1 (4.5)
SigPr.2 (4.5)
Digital
Signal
Proc. &
Comm.
3 Gate-
keeper
Wahlmodule
Freifächer (9)
[Dipl. Sem.
(3)]
Pflicht-
Module
Zu wählen: Gatekeeper + Wahlmodule von 3 aus 6 Schlüsselbereichen
32 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Auflagen Einstieg aus BSI • GgF. Auflagen SBs
Auflagen Einstieg aus BMI, BZI • Betriebssysteme
• GgF. Auflagen SBs
Auflagen Einstieg aus ETIT • Algorithmen und Datenstrukturen
• Theoretische Informatik und Logik
• Betriebssysteme
Auflagen Einstieg aus TMat,TPhy • Algorithmen und Datenstrukturen
• Theoretische Informatik und Logik
• Betriebssysteme
• GgF. Auflagen SBs
Grundvoraussetzungen: • Einführung in die Programmierung
• Algebra und Diskrete Mathematik
• Analysis
• Wahrscheinlichkeitstheorie und
Stochastische Prozesse
• Algorithmen und Datenstrukturen
• Theoretische Informatik und Logik
• Betriebssysteme und Computernetzwerke
oder Betriebssysteme
Voraussetzungen für SBs: • SB Digital Circuits and Systems: Digital
Design
• SB Digital Signal Processing and
Communication: Signale und Systeme
• SB Automation: Dezentrale Automation
• SB Cyber-Physical Systems: Modellbildung
und Regelungstechnik, Microcontroller
Wir unterscheiden Grundvoraussetzungen, die vor der MTI-Zulassung zu absolvieren sind
(ausgenommen: TU Bachelors) und Voraussetzungen für gewählte SBs, die durch Auflagen
erfüllt werden können. Spezifikation durch Module aus dem Bachelor-Studium Technische
Informatik, in dem Sinne daß inhaltlich und vom Level und ECTS-Aufwand her äquivalente LVAs
dafür akzeptiert werden.
Studienzulassung für Master TI [Auflagen]
33 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Checklist „Masterstudium TI 4 Me ?“
Bachelor-level Grundlagenkenntnisse in Informatik
(Ideal: Bachelor TI) ?
Interesse an wissenschaftlicher Forschung ?
Formal-mathematische Neigung ?
Interdisziplinäres Interesse ?
Holistische Sicht der Dinge ?
Writing Skills ?
Selbstorganisation ?
34 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien
Weitere Infos
Studieninfo: http://ti.tuwien.ac.at/teaching
TI-Portal: http://ti.tuwien.ac.at
TI Research Presentations: http://ti.tuwien.ac.at/institute/teaching/ti-research-presentations
Fakultät: http://www.informatik.tuwien.ac.at
Alle Studienpläne:
http://www.informatik.tuwien.ac.at/lehre/studienplaene
35 Technische Informatik: Studieren und
Forschen an der TU-Wien