Halbleiter 29.10.1999, 17:23 Uhr

Computerleistung stößt noch lange nicht an Grenzen der Chip-Physik

Der Hunger auf Rechnerleistung, der mit immer komplexeren Programmen und steigenden Datenmengen einhergeht, wird gestillt werden können. Davon ist Gene Amdahl, renommierter Computerbauer, rückhaltlos überzeugt.

Die Rechnung, die der Computer-Pionier Gene Amdahl aufmacht, gilt nicht nur für die Computergattung, die es am längsten gibt – nämlich für die an Zuverlässigkeit immer noch unübertroffenen Mainframes -, sondern für alle kommerziell eingesetzten Informationssysteme. Er erwartet vor dem Hintergrund eines auf 64 bit verbreiterten Datenstroms zur Speicheradressierung und einer immer dichteren Chiptechnik einen bis zu hundertfachen Ausbau der Computerleistung.
Gene Amdahl, 76, geistiger Vater der Computerarchitektur S/360 bei IBM, gründete 1970 ein auf seinen Namen lautendes Computerunternehmen, das mittlerweile eine Fujitsu-Tochter ist. Er ist heute als Berater des Vorstandes der Amdahl Corporation, Sunnyvale (Kalifornien), tätig. Auf einer von der Lufthansa Systems GmbH und der Amdahl Deutschland GmbH gemeinsam in Frankfurt am Main veranstalteten Managementtagung zum Thema „Informationstechnologie an der Schwelle zum 21. Jahrhundert“ erfuhren die Zuhörer von Amdahl, dass Computer, die – wie das alte IBM-System S/360 – mit 24-bit-Adressierung arbeiteten, auch bei Multiprogramming aus technischen Gründen eine Maschinenleistung von nicht mehr als 4 Mips (Millionen Instruktionen pro Sekunde) erreichen konnten. Wegen der rund 25 ms, die ein Schreib- oder Lesevorgang auf dem Plattenspeicher dauerte, konnten sie maximal 16 Programme gleichzeitig verarbeiten.
Um diese Restriktionen zu überwinden, führte IBM in den siebziger Jahren die 31-bit-Adressierung ein. Weil jedoch der Arbeitsspeicher in den neuen Computern für diesen Datenstrom nicht groß genug war, entwickelte IBM zeitgleich das Konzept des „Extended Memory“. Eine 31-bit-Rechnerarchitektur erlaubt den Bau von Computern mit einer Höchstleistung von 2000 Mips. Dazu der Hinweis: Der Hersteller Amdahl wird noch im laufenden Jahr ein Mainframe-Modell mit 1600 Mips und im Februar 2000 ein Modell mit 2000 Mips vorstellen. Bis zu 5000 Mips auf einer Maschine sollen nach Angaben einer Unternehmenssprecherin sukzessive zur Verfügung gestellt werden.
Der 5000-Mips-Mainframe wird die 64-bit-Adressierungstechnik nutzen, wie sie im PC/Server-Umfeld auch von Intel angekündigt ist. IBM wird diese Adressierung nach Angaben von Gene Amdahl stufenweise implementieren – zunächst beschränkt auf die realen Speicheradressen sowie auf die Ein/Ausgabe-Befehle. Der Extended Memory wird, sobald die 64-bit-Adressierung auch für die Datenadressen in den Programmen gelten wird, nicht mehr benötigt werden. Der Übergang auf die 64-bit-Adressierung wird abgeschlossen sein, wenn auch das vom Prozessor zur Kontrolle der Befehlsausführung benutzte Programmstatuswort entsprechend „aufgebohrt“ wird. Zwar werden auch 31-bit-Anwendungen auf den neuen Rechnern lauffähig bleiben nachhaltigen Nutzen aus der 64-bit-Adressierung aber werden nach Ansicht Amdahls vor allem neu zu entwickelnde Java-Programme ziehen.
Fast alle in der Industrie produzierten Halbleiter, sagte Amdahl in Frankfurt, sind inzwischen Complementary Metal Oxide Semiconductors (CMOS). Die Zeiten der schnellen, aber energie- und raumfressenden ECL-Prozessoren (Emitter Coupled Logic) sind so gut wie vorbei. CMOS-Chips haben die Eigenschaft, dass sie ihre Leistung steigern, je höher der Grad ihrer Integration ist. Gelingt es, auf einem Chip ein Vierfaches an Funktionen unterzubringen, so vervierfacht sich auch die Leistung, ohne dass der Stromverbrauch zunähme.
Die derzeit in Massenproduktion befindlichen CMOS-Prozessoren weisen 0,18 mm kleine Strukturen auf. Die nächste Generation taxiert Amdahl auf 0,12 mm, was eine um 50 % gesteigerte Leistungsfähigkeit bedeuten würde. „Very close to the limit“ sieht Amdahl eine in den Bell Labs des Herstellers Lucent entwickelte Chiptechnik, die eine Integration auf 36 nm mit sich brächte. Damit ließen sich zwischen 65 Gbit und 256 Gbit fassende Speicherchips herstellen, die dem im Computer eingesetzten Arbeitsspeicher eine völlig neue Dimension gäben.
Zusammen mit einer Helium-basierten Kältetechnik werden die CMOS-Chips der Zukunft (bei gleicher Wafer-Größe wie heute) nach Schätzungen Amdahls das 50fache der heutigen Chips leisten. Und wenn es dann zusätzlich gelingt, Multiprocessing auf 32- statt wie bisher auf 16-Wege-Systemen zu praktizieren, ist eine Verhundertfachung der Rechnerleistung erreicht. Aber, gibt Amdahl zu bedenken, die Entwicklungskosten für CMOS-Chips sind bislang von Generation zu Generation exponentiell angestiegen, und noch jede neue CMOS-Generation hat die Errichtung komplett neuer Fertigungsstätten erfordert. Die Einstiegshürden werden also immer höher.

Leistungssteigerung um den Faktor 100 in CMOS möglich

Immerhin: Zur Verhundertfachung der Leistung heutiger Computer wäre keine grundlegend neue Technologie notwendig. Doch auch die gibt es bereits in einigen US-Labors, wenn auch nur in ersten Ansätzen. Amdahl bezeichnet die in Fachkreisen als „Quantum Devices“ bekannt gewordenen Prozessoren allerdings als keine ernsthafte Alternative zu CMOS“. Denn er sieht keine Möglichkeit, von der Einzelfertigung mit Hilfe von Elektronenmikroskopen auf kostengünstige Massenfertigung überzugehen. Außerdem hält er den exorbitanten Bedarf an Rechnerleistung, den die Quantum Devices abdecken könnten, für illusorisch. Jetzt schon stehe fest, dass mit der kommenden 64-bit-Adressierung die Leistung eines Single-Image-Computers weit über 200 000 Mips liegen kann.
JOCHEN EWE
Mit CMOS-Prozessoren, wie sie auch der derzeit schnellste PC-Prozessor von AMD darstellt, lässt sich noch eine 100fache Leistungssteigerung erzielen.
Gene Amdahl sieht noch hohe Reserven in der derzeitigen Chip-Technologie.

Von Jochen Ewe
Von Jochen Ewe

Themen im Artikel

Stellenangebote im Bereich Elektrotechnik, Elektronik

in-tech GmbH-Firmenlogo
in-tech GmbH Testingenieur am HiL (m/w/d) Weissach, Garching bei München
in-tech GmbH-Firmenlogo
in-tech GmbH Versuchsingenieur für Betreuung von Teilsystemplätzen (m/w/d) Garching bei München, München
in-tech GmbH-Firmenlogo
in-tech GmbH Informatiker als Softwareentwickler C++/Qt für industrielle Systeme (m/w/d) Garching bei München, München
in-tech GmbH-Firmenlogo
in-tech GmbH Systemingenieur modellbasierte Entwicklung (MBSE) (m/w/d) Garching bei München, Leipzig, Erlangen, Berlin
in-tech GmbH-Firmenlogo
in-tech GmbH Testingenieur Schienenfahrzeuge (m/w/d) Garching bei München, Leipzig, Erlangen
ATLAS TITAN-Firmenlogo
ATLAS TITAN Techniker (m/w/d) Automatisierungsprojekte Werder (Havel)
ATLAS TITAN-Firmenlogo
ATLAS TITAN Elektrokonstrukteur (m/w/d) Sekundärtechnik Schaltanlagen Hoch- und Mittelspannung Werder (Havel)
SPITZKE SE-Firmenlogo
SPITZKE SE BIM Manager (m/w/d) / Projektleiter (m/w/d) Digitalisierung Großbeeren
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Stadtwerke München GmbH Projektingenieur (m/w/d) Elektrotechnik/Informatik mit Interesse für den Bereich Zugsicherung München
BAUER KOMPRESSOREN GmbH-Firmenlogo
BAUER KOMPRESSOREN GmbH Projektleiter (m/w/d) Elektrik / Elektronik Geretsried

Alle Elektrotechnik, Elektronik Jobs

Top 5 Mikroelekt…

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.