IBM forscht an Supercomputer in Laptopgröße

Hochleistungsrechner bestehen heute oft aus mehreren Tausend Prozessorschaltstellen, die über ein kilometerlanges Netz aus Kupferdrähten miteinander verknüpft sind. Dank einer neuen Entwicklung von IBM-Forschern könnten in Zukunft signifikant kleinere Dimensionen möglich werden.

Denn Forscher aus dem IBM T.J. Watson Research Center in Yorktown Heights, USA, haben nun einen technologischen Durchbruch angekündigt, der es durch Verwendung von Lichtimpulsen ermöglichen kann, solche Supercomputer in einem Laptop PC unterzubringen. Die zur Zeit schnellsten Supercomputer verbrauchen dieselbe Energiemenge wie rund 100 Eigenheime. Supercomputer auf winzigen Siliziumchips wären dagegen beim Energieverbrauch mit einer gewöhnlichen Glühbirne vergleichbar.

In einem Artikel des Fachmagazins „Optics Express“ haben IBM-Forscher ihre Ergebnisse erstmals detailliert vorgestellt: Sie nutzen Lichtimpulse, um Informationen zwischen multiplen Prozessorkernen in Silizium zu übertragen. Dies ersetzt die elektrischen Signale, welche für gewöhnlich durch Kupferdrähte übertragen werden. Diese technische Neuerung, auch als elektro-optischer Mach-Zehnder-Modulator aus Silizium bekannt, ist rund 100 bis 1.000 mal kleiner als ähnliche Modulatoren. Der Modulator konvertiert elektrische Signale in Lichtimpulse und könnte die Integration von optischen Routing-Netzwerken auf einzelnen Chips vorantreiben. Dies würde die Betriebskosten, den Stromverbrauch und die Hitzeentwicklung deutlich senken und die Kommunikationsbandbreite zwischen den Kernen im Vergleich zu „verdrahteten“ Chips mehr als hundertfach erhöhen.

Die heutige Verdrahtungstechnologie stößt bei der Verbindung von vielen Prozessorkernen auf einem Siliziumchip – wie es bei dem in der PlayStation 3 eingesetzten und von IBM gemeinsam mit Toshiba und Sony entwickelten Cell-Prozessor mit seinen neun Prozessorkernen auf einem Die der Fall ist – laut IBM langsam an ihre Grenzen. So sollen Überhitzungsprobleme und eine Limitierung der Bandbreiten zur Datenübertragung zwischen den Kernen auftreten. Nicht umsonst forscht man in Form der „Polaris“-Prozessoren derzeit auch bei Intel an der Kommunikation zwischen den einzelnen Kernen von Manycore-Prozessoren.

Die Verwendung von Lichtimpulsen im Silizium hingegen erlaube eine Integrationsdichte, die die Funktionalität von Mikrochips um ein Vielfaches steigern könne. Durch den Einsatz der neuen Technologie soll eine effiziente Methode entwickelt werden, die es ermöglicht, Hunderte oder Tausende von Kernen auf einem Mikrochip miteinander zu verbinden und die bisher notwendigen Drähte überflüssig machen. Die Verwendung von Lichtimpulsen zur Informationsübertragung zwischen den einzelnen Kernen soll den Prozess hundertfach beschleunigen können, während sich der Stromverbrauch gleichzeitig um zehn Prozent reduzieren soll.