Energiesparen ist angesagt in der Halbleiterindustrie. Vor allen Dingen die steigende Nachfrage nach so genanten mobilen Endgeräten, also zum Beispiel Persönlichen Digitalen Assistenten, Navigationssystemen, Handys oder kleinen Spielkonsolen, macht den Herstellern Probleme. Denn die Anwender wollen ein tragbares Gerät, das möglichst viele Funktionen bietet, quasi von der E-Mail bis zum Fernsehempfang, aber dennoch lange Akku-Laufzeiten hat. Dr. Bernard Meyerson, Cheftechnologe der IBM, bringt das so auf den Punkt:
"Wir brauchen neue Halbleiter, die weniger Energie benötigen und weniger Wärme abgeben."
Die größten Erwartungen stellen die Chipproduzenten dabei an die so genannte Container-Technologie. Wie einzelne Container auf ein Schiff gesetzt werden, werden bei dieser Methode der Chipfertigung einzelne Prozessorelemente zu einem System zusammengefasst. Bisher wurden Millionen von einzelnen Schaltungen immer dichter auf einen Chip aufgebracht. "System on a Chip" heißt dieser Technologieansatz. Doch die Tage der hochintegrierten Prozessoren sind gezählt. Multiprozessorsysteme mit Spezialfunktionen verbrauchen weniger Strom und können viel schneller entwickelt werden. Chris Rowen vom Prozessorhersteller Tensilica macht das mit einem einfachen Vergleich deutlich:
"Es ist einfach eine Tatsache, dass Multiprozessorsysteme Strom sparen, weil sie in einer Taktfrequenz mehr Berechnungen ausführen können. Bisher ist jede Leistungssteigerung der Prozessoren mit höherem Stromverbrauch erkauft worden. Um die Leistungsfähigkeit eines Prozessors zu verdoppeln, brauchen wir viermal so viel Energie. Zwei leistungsschwächere Prozessoren brauchen nur die Hälfte der Energie, die ein hochintegrierter Prozessor braucht."
Soll ein mobiles Endgerät eine neue Funktion bekommen, das Handy zum Beispiel mit einem MP-3-Player nachgerüstet werden, wird einfach ein Prozessor mit dieser Spezialfunktion hinzugefügt. Es muss kein neuer hochintegrierter Schaltkreis mehr entwickelt werden. Und die Geräte werden trotzdem nicht größer. So genannte "direct queues" sparen Arbeitsspeicher und lassen Handys oder Organizer noch einmal um die Hälfte schrumpfen. Chris Rowen:
"Direktverbindungen erlauben es, Daten vom Rechenwerk eines Prozessors direkt zum Rechenwerk eines anderen Prozessors zu schicken. Die Daten müssen nicht den Umweg über einen lokalen Speicher nehmen, es muss kein gemeinsamer Arbeitsspeicher mehr vorgehalten werden und sie müssen nicht über Datenbusse geschickt werden. Die Direktverbindungen sind sehr klein. Und sie brauchen sehr wenig Strom für den Datentransport. Sie senken den Energiebedarf um 90 Prozent."
Und schneller wird der Prozessor obendrein. Er kann nämlich mehr Rechenarbeit innerhalb eines Taktzyklus leisten. Wird dann noch gezielt überwacht und vorausberechnet, welche Prozessorelemente wann wie viel Energie brauchen, lässt sich der Stromverbrauch nochmals senken. Paul Greenland von National Semiconductor hat für diese Überwachung ein eigenes Prozessorelement entwickelt, den Hardware Performance Monitor. Paul Greenland:
"Der Hardware Performance Monitor berechnet den Energiebedarf für den Schaltkreis in Echtzeit. So können wir immer genau die Energie bereitstellen, die der Prozessor gerade braucht – nicht mehr und nicht weniger."
Mit der entsprechenden Überwachungssoftware kann dann genau vorausberechnet werden, wie der Energiebedarf im Prozessor strukturiert sein wird. Bei großen Supercomputern wird diese Technologie bereits angewendet. Bei den mobilen Endgeräten und bei Personal Computern ist das allerdings nicht so einfach. Die Betriebssysteme machen den Chip-Entwickler hier Sorgen. Die sind für einen solchen ganzheitlichen und modularen Ansatz nämlich noch nicht ausgereift genug. Aber das, so meinen die Chipentwickler, bringen sie den Softwarejungs auch noch bei.
"Wir brauchen neue Halbleiter, die weniger Energie benötigen und weniger Wärme abgeben."
Die größten Erwartungen stellen die Chipproduzenten dabei an die so genannte Container-Technologie. Wie einzelne Container auf ein Schiff gesetzt werden, werden bei dieser Methode der Chipfertigung einzelne Prozessorelemente zu einem System zusammengefasst. Bisher wurden Millionen von einzelnen Schaltungen immer dichter auf einen Chip aufgebracht. "System on a Chip" heißt dieser Technologieansatz. Doch die Tage der hochintegrierten Prozessoren sind gezählt. Multiprozessorsysteme mit Spezialfunktionen verbrauchen weniger Strom und können viel schneller entwickelt werden. Chris Rowen vom Prozessorhersteller Tensilica macht das mit einem einfachen Vergleich deutlich:
"Es ist einfach eine Tatsache, dass Multiprozessorsysteme Strom sparen, weil sie in einer Taktfrequenz mehr Berechnungen ausführen können. Bisher ist jede Leistungssteigerung der Prozessoren mit höherem Stromverbrauch erkauft worden. Um die Leistungsfähigkeit eines Prozessors zu verdoppeln, brauchen wir viermal so viel Energie. Zwei leistungsschwächere Prozessoren brauchen nur die Hälfte der Energie, die ein hochintegrierter Prozessor braucht."
Soll ein mobiles Endgerät eine neue Funktion bekommen, das Handy zum Beispiel mit einem MP-3-Player nachgerüstet werden, wird einfach ein Prozessor mit dieser Spezialfunktion hinzugefügt. Es muss kein neuer hochintegrierter Schaltkreis mehr entwickelt werden. Und die Geräte werden trotzdem nicht größer. So genannte "direct queues" sparen Arbeitsspeicher und lassen Handys oder Organizer noch einmal um die Hälfte schrumpfen. Chris Rowen:
"Direktverbindungen erlauben es, Daten vom Rechenwerk eines Prozessors direkt zum Rechenwerk eines anderen Prozessors zu schicken. Die Daten müssen nicht den Umweg über einen lokalen Speicher nehmen, es muss kein gemeinsamer Arbeitsspeicher mehr vorgehalten werden und sie müssen nicht über Datenbusse geschickt werden. Die Direktverbindungen sind sehr klein. Und sie brauchen sehr wenig Strom für den Datentransport. Sie senken den Energiebedarf um 90 Prozent."
Und schneller wird der Prozessor obendrein. Er kann nämlich mehr Rechenarbeit innerhalb eines Taktzyklus leisten. Wird dann noch gezielt überwacht und vorausberechnet, welche Prozessorelemente wann wie viel Energie brauchen, lässt sich der Stromverbrauch nochmals senken. Paul Greenland von National Semiconductor hat für diese Überwachung ein eigenes Prozessorelement entwickelt, den Hardware Performance Monitor. Paul Greenland:
"Der Hardware Performance Monitor berechnet den Energiebedarf für den Schaltkreis in Echtzeit. So können wir immer genau die Energie bereitstellen, die der Prozessor gerade braucht – nicht mehr und nicht weniger."
Mit der entsprechenden Überwachungssoftware kann dann genau vorausberechnet werden, wie der Energiebedarf im Prozessor strukturiert sein wird. Bei großen Supercomputern wird diese Technologie bereits angewendet. Bei den mobilen Endgeräten und bei Personal Computern ist das allerdings nicht so einfach. Die Betriebssysteme machen den Chip-Entwickler hier Sorgen. Die sind für einen solchen ganzheitlichen und modularen Ansatz nämlich noch nicht ausgereift genug. Aber das, so meinen die Chipentwickler, bringen sie den Softwarejungs auch noch bei.