Mit rund 300.000 Euro fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) in den kommenden drei Jahren ein Projekt an der Universität Bremen, das die Fertigung von Computerchips ermöglicht, die Daten gleichzeitig speichern und verarbeiten können. Leiter des Vorhabens mit dem Titel „HDL-basierte Synthese und Verifikation für programmierbare Logic-In Memory Architektur“ ist Professor Rolf Drechsler von der Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur (AGRA).
Alexandre Debiève/Unsplash
Prozessoren werden in immer mehr Geräten verbaut: von Notebooks über Handys und Diktiergeräte bis zu Satelliten. Gerade in Autos sei heute viel Elektronik, so Drechsler. „In einem Wagen der Oberklasse sind über 250 Mikroprozessoren mit Millionen Zeilen Programmier-Code.“ Das Problem sei, dass die Herstellung von Computer-Prozessoren mittlerweile an die physikalische Grenze stoße. „Prozessoren wurden erstmals in den 1970er Jahren entwickelt. Damals sagte der Mitgründer der Firma Intel, Gordon Moore, voraus, dass alle 18 Monate doppelt so viel auf einen Chip passen würde. Mittlerweile sind wir bei zehn Nanometern und können zu vertretbaren Kosten nicht kleiner bauen. Wir stehen hier an einem Wendepunkt“, erläutert Professor Drechsler. Die Rechnerarchitektur müsse sich in eine neue Richtung bewegen.
Gleichzeitig speichern und verarbeiten
Eine Lösung könne das sogenannte Logic-In Memory Computing bieten, sagt Drechsler. „Neu daran ist, dass Computer in ihrem Speicher Daten gleichzeitig speichern und verarbeiten können. Dieser Prozess verläuft normalerweise getrennt.“ Die Grenze zwischen Speicher und Berechnungseinheit wird also aufgehoben. „Dies ist als Revolution im Bereich der Architektur zu sehen, da damit die seit Jahrzehnten geltende Trennung aufgehoben wird.“
Das DFG-Projekt befasst sich konkret mit der Frage, wie solche Schaltungen neu gebaut werden können. „Wir bauen nicht den Chip, sondern die Fertigungsstraße‘“. Dazu führen Professor Drechsler und sein Team Simulationen am Computer durch: „In den 70er Jahren wurden der Bauplan der Chips noch am Brett gezeichnet.“ Heutige Prozessoren bestehen dagegen aus über 10 Milliarden Komponenten wie der Informatiker beschreibt, das sind 10 Millionen 1000-Teile-Puzzle. Um die neuartigen Chips zu konstruieren müssen die Wissenschaftler bereits existierende Programmiersprachen mit neuen Kommandos erweitern.
Leistungsstarke und energiesparende Geräte
Zusätzlich haben die Forscher den Anspruch, mit der Fertigung auch zeitgleich die Verifikation durchzuführen. „Wir wollen nicht nur glauben, dass der Chip funktioniert, sondern es mit formalen Methoden beweisen. So können wir die korrekte und sichere Funktionsweise des Gesamtsystems gewährleisten.“ Ziel der neuen Rechnerarchitektur sind leistungsstarke Geräte, die wenig Energie verbrauchen. Durch ihre kompaktere Bauweise könnten sie zudem an verschiedensten Stellen im Bereich des Internet der Dinge eingesetzt werden und sicherer konstruiert werden. Das sei heutzutage gerade mit Blick auf Hackerangriffe sehr wichtig.
Weitere Informationen:
www.informatik.uni-bremen.de/agra/ger/bereich.php
www.uni-bremen.de
Fragen beantwortet:
Prof. Dr. Rolf Drechsler
Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur
Fachbereich 3
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