Der Forschungsabteilung von Intel ist es gelungen, die Rechenleistung eines Supercomputers auf einen Chip zu packen. Sie hat hierzu einen programmierbaren Prozessor mit insgesamt 80 Rechenkernen (Cores) entwickelt. Er erreicht eine Rechenleistung von einer Billion Fließkommaoperationen pro Sekunde (Teraflops), ist nicht viel größer als ein Fingernagel und verbraucht, laut Intel, mit 62 Watt weniger Energie als die meisten heute erhältlichen Prozessoren für Desktop PCs. Dieser neue Chip ist das Ergebnis der Forschungen im Bereich des Tera-Scale-Computing. Intel entwickelt hier Technologien, die PCs und Servern Teraflops Rechenleistung verleihen sollen. Diese Leistung erreichten bisher nur Supercomputer. Die technischen Einzelheiten des Chips wird Intel diese Woche auf der Integrated Solid State Circuits Conference (ISSCC) in San Francisco vorstellen.
Teraflops-Rechenleistung und Datenübertragungsraten im Terabyte-Bereich spielen für künftige Computer eine entscheidende Rolle. Künstliche Intelligenz, Video-Kommunikation in Echtzeit, fotorealistische Spiele, Multimedia Data Mining und Spracherkennung könnten damit zum PC-Alltag werden.
Dieser Chip ist für reine Gleitkommaoperationen entworfen worden und zunächst ein reines Forschungsprojekt, das Intel in dieser Form nicht auf den Markt bringen wird. Die Entwicklungsarbeiten im Teraflops-Bereich spielen jedoch eine wichtige Rolle bei der Erforschung neuer Funktionen von Prozessoren und Rechenkernen. So geben sie beispielsweise Aufschluss darüber, welche Verbindungen von Chip zu Chip und von den Chips zum Computer für einen optimalen Datentransport notwendig sind. Noch wichtiger sind die Erkenntnisse für die Software-Entwicklung. Denn Software für Teraflops-Chips muss vollkommen neu entworfen werden um die Leistung der zahlreichen Rechenkerne optimal auszunutzen. Das heute vorgestellte Teraflops-Projekt gab insbesondere Einblicke in neue Silizium-Technologien, Chip-Interconnects mit hoher Bandbreite sowie das Energiemanagement.
"Unsere Forscher haben einen Meilenstein erreicht und sind nun in der Lage, die Leistung im Multi-Core- und Parallel-Computing weiter zu steigern", erklärte Justin Rattner, Intel Senior Fellow und Chief Technology Officer. "Sie zeichnen damit den Weg in die nahe Zukunft vor, in der Teraflops-Fähigkeit Alltag sein wird. Damit definieren sie neu, was wir alle von unseren Computern und dem Internet zuhause und im Büro erwarten können."
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Minimaler Verbrauch, maximale Leistung
Der Forschungs-Chip verbraucht trotz seiner 80 Rechenkerne lediglich 62 Watt - das ist deutlich weniger, als die meisten heutigen Prozessoren mit nur einem Kern benötigen. Der Chip verfügt über ein innovatives Design aus einer Vielzahl einzelner Einheiten ("Tiles"). Die kleineren Cores werden hierbei als Tiles auf dem Chip repliziert - das vereinfacht es, einen Prozessor mit vielen Rechenkernen zu entwerfen. Zusätzlich hat Intel neue, robuste Materialien für die Herstellung künftiger Transistoren entwickelt. Da ein Ende des Moore´schen Gesetzes noch nicht absehbar ist, werden diese Forschungsergebnisse zukünftig die Produktion von Mehrkern-Prozessoren mit Milliarden von Transistoren ermöglichen.
Integriertes Netzwerk
Der Teraflops-Chip verfügt über eine vermaschte Architektur, die ein Netzwerk auf dem Chip bildet. Diese Architektur ermöglicht zwischen den Cores eine Kommunikation mit Terabit-Geschwindigkeit. Darüber hinaus wurden auch Methoden erforscht, die Cores voneinander unabhängig ein- und auszuschalten. Dadurch werden nur die Kerne benutzt, die tatsächlich zur Erledigung einer bestimmten Aufgabe gebraucht werden. Dies ermöglicht eine höhere Energieeffizienz.
Die weiteren Tera-Scale Forschungen werden sich auf dreidimensional auf den Chip gepackte Speicherbausteine konzentrieren. Außerdem sollen künftige Prototypen über Rechenkerne verfügen, die auf der Intel Architektur basieren. Damit werden sie dann vielseitiger einsetzbar sein. Das Intel Tera-Scale Computing Research Program betreibt derzeit mehr als 100 Forschungsprojekte, die neue Erkenntnisse zu Architektur-, Software- und Designfragen liefern sollen.
Groß war gestern
Teraflops-Rechenleistung wurde zum ersten Mal 1996 erreicht. Der ASCI Red Supercomputer wurde von Intel für das Sandia National Laboratory des US-Energieministeriums entwickelt. Der Rechner nahm eine Fläche von circa 185 Quadratmetern ein, verfügte über nahezu 10.000 Intel Pentium Pro Prozessoren und verbrauchte über 500 Kilowatt Strom. Die Forschungsabteilung von Intel hat diese Rechenleistung jetzt mit einem einzigen Multi-Core-Chip erzielt.
