Erster Chip mit 1.000 Prozessoren

Tausend auf einem Chip: US-Forscher haben erstmals einen Computerchip konstruiert, der 1.000 Prozessoren und 621 Millionen Transistoren in sich vereint – eine weltweite Premiere. Dadurch lassen sich besonders viele parallele Rechnungen direkt auf einem Chip durchführen. Trotz seiner hohen Leistung von 1,78 Billionen Instruktionen pro Sekunde ist der „KiloCore“-Chip dabei rund hundertfach energie-effizienter als ein moderner Laptop-Prozessor, wie die Forscher berichten.

Immer kleiner, immer schneller, immer leistungsfähiger: Die Miniaturisierung führt moderne Computerchips immer näher an die Grenzen des Machbaren heran. Schon jetzt suchen Forscher daher nach Alternativen, beispielsweise in Form von kombinierten opto-elektronischen Chips, Bauteilen aus Graphen oder Nanoröhrchen.

1.000 Prozessoren und 621 Millionen Transistoren

Aber auch bei den klassischen Silizium-Chips ist noch Luft, wie nun Bevan Baas und sein Team von der University of California in Davis demonstrieren. Sie haben erstmals einen Computerchip konstruiert, der 1.000 unabhängig voneinander arbeitende Prozessoren in sich vereint. Unter den bisher weltweit produzierten vielkernigen Chips kommt keiner über 300 Prozessoren hinaus, wie die Forscher berichten.

Weil die tausend Prozessoren mit insgesamt 621 Millionen Transistoren unabhängig voneinander arbeiten, kann der Chip massiv parallel rechnen. Eine komplexe Aufgabe oder Anwendung wird dafür in Teilaufgaben zerlegt, die die zahlreichen Kerne parallel abarbeiten – ähnlich wie es in geringerem Maße bereits in den mehrkernigen Chips heutiger Laptops und PCs der Fall ist.

Leistungsfähig und schnell

Der Vorteil: Der „KiloCore“ ist schnell. Er erreicht eine durchschnittliche Leistung von 1,78 Billionen Instruktionen pro Sekunde, wie die Forscher berichten. Die Kerne arbeiten dabei mit einer durchschnittlichen Taktrate von 1,78 Gigahertz und tauschen dabei direkt Daten untereinander aus, statt einen gemeinsamen Speicherbereich zu nutzen. Letzteres wird bei herkömmlichen Vielkernern oft zum „Flaschenhals“, wie die Wissenschaftler erklären.

„Unseres Wissens nach ist dies der weltweit erste Chip mit 1.000 Prozessoren“, sagt Baas. „Und er ist der am höchsten getaktete Prozessor, der jemals an einer Universität entwickelt wurde.“ Grundlage des Chips bilden CMOS-Transistoren von IBM von 32 Nanometern Größe – die Bauteile, die auch in herkömmlichen Intel Core i3 und i5 Prozessoren verbaut sind.

Effizienter als herkömmliche Notebook-Prozessoren

Trotz seiner Leistung ist der „KiloCore“ effizient: Weil jeder Prozessor auf ihm unabhängig von den anderen arbeitet, kann er sich abschalten, wenn er seinen Job erledigt hat. Dadurch benötigt der Chip nur 0,7 Watt, um 115 Milliarden Instruktionen pro Sekunde auszuführen – dafür reicht eine einzige AA Batterie. Der Chip sei damit rund hundertfach energieeffizienter als die Prozessoren in modernen Laptops, so die Forscher.

„Unser Chip ist der energieeffizienteste Vielkerner, der je vorgestellt wurde“, sagt Baas. Noch ist ihr „KiloCore“ ein Prototyp, aber die Forscher haben bereits einige Anwendungen im Blick. So könnte er für das Kodieren und Dekodieren, die Videoverarbeitung, das Verschlüsseln und andere Zwecke eingesetzt werden, bei denen große Mengen an parallelen Daten anfallen.

(University of California – Davis, 20.06.2016 – NPO)