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PC-Technik

Was kommt nach Vollgas?

Von Frank Patalong

2. Teil: Wege aus der Sackgasse - so könnten künftige Rechner getunt werden

Denn daran würden führende US-IT-Unternehmen gern etwas ändern. Doch gerade die Mehrkern-Prozessortechnik droht, diese Performance-Kluft zwischen Hard- und Software weiter zu vertiefen. Bisher gibt es nur sehr wenige Programme, die aus der prinzipiell überlegenden Leistung der Mehrkern-Prozessoren überhaupt einen messbaren Vorteil herauskitzeln können. Und während die ersten für Doppel- oder Quad-Kern-Systeme optimierten Programme den Markt erreichen, schraubt die Hardware-Seite der Industrie bereits an der Serienreife von 8- bis 16-Kern-Systemen. Auch Herr Wirth kichert sich wohl schon einen.

Jetzt fließt gezielt Geld in die Prophylaxe der absehbaren Probleme. Je näher die physikalische Grenze der Miniaturisierung rückt, desto wichtiger wird die Steigerung von Effizienz. Da vergessen selbst knallharte Konkurrenten ihre Gegensätze und treten gemeinsam auf: Zum Beispiel als Finanziers des im Aufbau befindlichen "Pervasive Parallelism Lab" an der renommierten Stanford University. Die Aufgabe des neuen Forschungsinstituts ist die Entwicklung von Software und Programmierprinzipien, um die Vorteile von Mehrprozessor-Systemen besser zu nutzen. Die Geldgeber: AMD, Intel, HP, NVidia, IBM, Sun und HP.

Und das Lab in Stanford steht nicht allein: Bereits seit letztem Monat arbeiten an den Renommier-Unis in Berkeley und Urbana-Champaign entsprechende Abteilungen an der gleichen Aufgabe, in beiden Fällen finanziert von Microsoft und Intel. Die Hoffnung: über ein verbessertes Getriebe (Software) die Leistung des Motors (CPU) effektiver zu nutzen.

Ein neues Getriebe?

Für den Berkeley-Professor Leon Chua gibt es noch einen anderen Weg: eine Modifikation der eingesetzten Chip-Architektur.

Denn die hält Chua schon seit 1971 für eigentlich unvollständig: In einer theoretischen Abhandlung beschrieb er da die Bauelemente integrierter Schaltkreise und sah dabei ein Element als notwendig, das niemals in Chips landete - den sogenannten Memristor.

Chua beschrieb das Grundprinzip eines Transistors mit eingebautem Gedächtnis: Einem Halbleiterelement mit variablem elektrischen Widerstand, der seine Information (dargestellt durch die Größe des Widerstands) auch beibehält, wenn kein Strom fließt. Damit würde, vereinfacht gesagt, der Arbeitsspeicher in den Chip selbst verlegt.

Da nicht nur alle separaten Bauteile ihre eigenen Verarbeitungsgeschwindigkeiten in die Gesamtperformance eines Systems einbringen, sondern auch die Informationsübertragung von einem Bauteil zum nächsten zu den größten Bremsen im System gehört, verspräche ein Chip-Design mit Memristor erhebliche Leistungssteigerungen. Und das bei besserer Energieeffizienz, basierend auf den Grundzügen der derzeitigen Rechnerarchitektur. Der Motor CPU bekäme quasi einen Turbolader verpasst.

Theoretisch ist das alles den Informatikern seit 37 Jahren klar, nur gelang bisher keine praktische Umsetzung. Das aber, berichtet in dieser Woche das Wissenschaftsmagazin "Nature", sei nun einer Entwicklergruppe von Hewlett Packard gelungen - bis hin zum funktionierenden Prototyp.

Aus Sicht des PC-Nutzers ergibt all das die Hoffnung auf einen echten Paradigmenwechsel: Statt Rechner zu kaufen, die angeblich immer schneller werden, sich aber langsamer anfühlen, könnte es bald solche geben, die eigentlich gar nicht schneller sind - sich aber so anfühlen und auch schneller nutzen lassen. Denn ein Chip, der sich an sein Betriebssystem "erinnert", braucht theoretisch noch nicht einmal Zeit um zu booten. Der Wegfall von Datenübertragungszeiten zwischen CPU und Speicher würde die Leistung des Chips unmittelbarer in Performance umsetzen. Ergo: Das derzeitige Chip-Design wäre eben noch nicht ausgereizt, die Leistungsgrenze verschöbe sich wieder. Der Memristor brächte, wie Schumi sagen würde, die PS der CPU besser auf die Straße.

Es wäre wie im Autobau: So, wie ein Benzin-PS-Bolide dem Direktantrieb eines kräftigen Elektrofahrzeugs unterlegen ist, würde auch der in Hard- wie Software konsequent auf Effektivität getrimmte Rechner dem Hochleistungs-Boliden davonrauschen. Ein Chip mit Memristor brächte bei niedrigerer Taktfrequenz mehr Performance als ein hoch getakteter herkömmlicher Prozessor. Das also ist die neue Vision: Nach dem Bleifuß, dem Dauer-Vollgas, käme das Halbgas.

Es wäre nur schneller.