Ingo Aller, Experte für Chipdesign bei IBM in Böblingen, hat keine Probleme, sich einen Supercomputer im Laptop-Format vorzustellen. Grund ist ein Durchbruch seiner Kollegen in den USA und in der Schweiz bei der Entwicklung elektro-optischer Netzwerke. Aller:
" Das Ziel dabei ist, dass wir einen Supercomputer auf einem Chip realisieren können, so dass wir dann die Möglichkeit haben, im Laptop Rechenleistung in Supercomputerqualität zur Verfügung zu stellen."
Möglich werden soll der Supercomputer auf einem Chip durch die Nutzung von Lichtimpulsen. Heute sind die Prozessorkerne in einem Supercomputer über Kupferdrähte miteinander verknüpft. Beim Rechengiganten des Forschungszentrums Jülich sind das 25.000 Prozessoren, so dass die Kupferdrähte eine Gesamtlänge von mehreren Kilometern erreichen. Diese Drähte brauchen nicht nur viel Platz, sie bremsen auch die Übertragung. Die optische Signalübertragung ist im Vergleich zu diesen Kupferstrippen rund 100 Mal schneller. Bislang waren die dafür erforderlichen Bausteine allerdings schlichtweg zu groß für den Einsatz auf Prozessoren. Aller:
"Die Hauptkomponente dabei ist ein elektro-optischer Modulator, mit dem elektrische Signale in optische Signale umgesetzt werden, die dann wiederum zu den einzelnen Schaltstellen übertragen werden können. Und den IBM-Forschern ist es gelungen, diesen Modulator zu miniaturisieren im Vergleich zu früheren Entwicklungen, die bereits auch schon auf dem Markt sind, um einen Faktor zehn bis 20. Und damit haben wir nun zum ersten Mal die Möglichkeit, wirklich sehr, sehr viele Prozessorschaltstellen auf einem Siliziumchip mit diesen optischen Komponenten zu verbinden."
Bisherige Modulatoren bewegten sich im Zentimeterbereich. Nun gehe es um Größen im Bereich von Tausendstel Millimetern. Daher könnten in Zukunft Tausende Prozessorkerne auf einem Chip untergebracht werden, ist sich Aller sicher. Das erhöht nicht nur die Rechenpower, es spart auch viel Energie. Denn bei der elektrischen Übertragung muss jede einzelne Leitung über Treiber angesteuert werden. Hinzu kommt eine enorme Hitzeentwicklung. Die Chips müssen ausgiebig gekühlt werden. Aller:
"Mit dem Konzept der Lichtimpulse müssen Sie die Umwandlung nur an einer Stelle machen und dann wird das Licht ohne große zusätzliche Energieverluste zu den anderen Komponenten übertragen."
Heute verbrauchen die schnellsten Supercomputer jeweils so viel Energie wie 100 Eigenheime. In Zukunft sollen sie beim Verbrauch mit einer normalen Glühbirne gleichziehen. Aller schätzt, dass die Technik innerhalb der nächsten fünf Jahre in den ersten Chips zum Einsatz kommen wird. Der amerikanische Chip-Experte Ian Lao ist nicht ganz so optimistisch. Mindestens sechs bis sieben Jahre werde es noch brauchen, bis die Technik zum Einsatz komme. Und dann werde die optische Signalübertragung auf Chipebene zunächst in den Webservern eingesetzt, die weltweit dafür sorgen, dass das Internet deutlich schneller und leistungsfähiger wird. Auf den superschnellen, Hochleistungs-Laptop müssen wir laut Lao aber mindestens noch 10 Jahre warten.
" Das Ziel dabei ist, dass wir einen Supercomputer auf einem Chip realisieren können, so dass wir dann die Möglichkeit haben, im Laptop Rechenleistung in Supercomputerqualität zur Verfügung zu stellen."
Möglich werden soll der Supercomputer auf einem Chip durch die Nutzung von Lichtimpulsen. Heute sind die Prozessorkerne in einem Supercomputer über Kupferdrähte miteinander verknüpft. Beim Rechengiganten des Forschungszentrums Jülich sind das 25.000 Prozessoren, so dass die Kupferdrähte eine Gesamtlänge von mehreren Kilometern erreichen. Diese Drähte brauchen nicht nur viel Platz, sie bremsen auch die Übertragung. Die optische Signalübertragung ist im Vergleich zu diesen Kupferstrippen rund 100 Mal schneller. Bislang waren die dafür erforderlichen Bausteine allerdings schlichtweg zu groß für den Einsatz auf Prozessoren. Aller:
"Die Hauptkomponente dabei ist ein elektro-optischer Modulator, mit dem elektrische Signale in optische Signale umgesetzt werden, die dann wiederum zu den einzelnen Schaltstellen übertragen werden können. Und den IBM-Forschern ist es gelungen, diesen Modulator zu miniaturisieren im Vergleich zu früheren Entwicklungen, die bereits auch schon auf dem Markt sind, um einen Faktor zehn bis 20. Und damit haben wir nun zum ersten Mal die Möglichkeit, wirklich sehr, sehr viele Prozessorschaltstellen auf einem Siliziumchip mit diesen optischen Komponenten zu verbinden."
Bisherige Modulatoren bewegten sich im Zentimeterbereich. Nun gehe es um Größen im Bereich von Tausendstel Millimetern. Daher könnten in Zukunft Tausende Prozessorkerne auf einem Chip untergebracht werden, ist sich Aller sicher. Das erhöht nicht nur die Rechenpower, es spart auch viel Energie. Denn bei der elektrischen Übertragung muss jede einzelne Leitung über Treiber angesteuert werden. Hinzu kommt eine enorme Hitzeentwicklung. Die Chips müssen ausgiebig gekühlt werden. Aller:
"Mit dem Konzept der Lichtimpulse müssen Sie die Umwandlung nur an einer Stelle machen und dann wird das Licht ohne große zusätzliche Energieverluste zu den anderen Komponenten übertragen."
Heute verbrauchen die schnellsten Supercomputer jeweils so viel Energie wie 100 Eigenheime. In Zukunft sollen sie beim Verbrauch mit einer normalen Glühbirne gleichziehen. Aller schätzt, dass die Technik innerhalb der nächsten fünf Jahre in den ersten Chips zum Einsatz kommen wird. Der amerikanische Chip-Experte Ian Lao ist nicht ganz so optimistisch. Mindestens sechs bis sieben Jahre werde es noch brauchen, bis die Technik zum Einsatz komme. Und dann werde die optische Signalübertragung auf Chipebene zunächst in den Webservern eingesetzt, die weltweit dafür sorgen, dass das Internet deutlich schneller und leistungsfähiger wird. Auf den superschnellen, Hochleistungs-Laptop müssen wir laut Lao aber mindestens noch 10 Jahre warten.