Von Gerhard Riedle, Channel Sales Manager Westeuropa bei Intel
Gemäß des Mooreschen Gesetz lassen sich immer mehr Transistorfunktionen auf dem gleichen Stück Silizium integrieren. Die Herstellungskosten für einen Transistor liegen heute bei weniger als einem Mikro-Cent (0,00000001? oder einen millionstel Cent). Übertragen auf die Herstellung von Nano-Robotern (Catoms) ergeben sich durch diesen Preisverfall völlig neue Zukunftsperspektiven. Mittels Catoms ließe sich beispielsweise das Produktdesign entscheidend vereinfachen und verbilligen.
In den Intel-Laboratorien arbeitet man an einem kühnen Projekt (Claytronics-Projekt). Mittels Catoms soll sich in Zukunft das Produktdesign jeglicher Gegenstände entscheidend verinfachen. Denn: Millionen dieser Catoms können untereinander kommunizieren und miteinander agieren.
Man stelle sich Automobilentwickler vor, die anstelle von Bildschirm, Maus und Keyboard mit ihren bloßen Händen ein 3D-Model eines zukünftigen Fahrzeugs bearbeiten, das aus Millionen von Catoms besteht. In Sekundenschnelle verändern die Catoms Farbe und Form. In Echtzeit gehen die veränderten Modelldaten an einen Rechner im Hintergrund, der aus den neuen Daten sogleich den Bauplan erstellt. Was sich wie Science Fiction anhört ist heute schon Gegenstand eines Forschungsprojekts der Carnegie Mellon Universität (Pennsylvania) und Intel.
Der tatsächliche Einsatz dieser Technik liegt jedoch in ferner Zukunft. Wenn aber Anfang der 60er Jahre behauptet worden wäre, dass die Herstellungskosten für eine Million Transistoren in Zukunft einen Cent betragen, hätte sich das ebenfalls nach Science Fiction angehört.
Bereits heute jedoch profitieren die Entwickler der Dual-, Quad- und Multi-Core Prozessoren der nächsten Generation vom Claytronics-Projekt wenn es um Erkenntnisse zu Stromversorgung, Rechenleistung der einzelnen Catoms, die Kommunikation im Verbund sowie zukünftige Anwendungsmodelle für Computer mit mehreren Rechenkernen geht.
Penryn ante Portas: 45nm schon für das zweite Halbjahr 2007 geplant
Mikroprozessoren verfügen über komplexe Strukturen. So beeinflussen unterschiedlichste Faktoren die beiden wesentlichen Eigenschaften einer CPU: Geschwindigkeit und Energieeffizienz. Dazu zählen die Taktfrequenz, die Anzahl der Rechenkerne, die Architektur und die Strukturbreite der Transistoren.
Letztere beträgt bei Intel Prozessoren derzeit 65 Nanometer. Ein Nanometer (nm) ist ein Milliardstel Meter - das entspricht einer Breite von ungefähr drei benachbarten Atomen in einem Stück Metall. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 90.000 nm dick. Im zweiten Halbjahr 2007 plant Intel Prozessoren der Penryn-Familie mit einer Strukturbreite von 45 nm auf den Markt zu bringen. Auf der Oberfläche einer einzigen menschlichen roten Blutzelle würden dann etwa 400 von Intels 45-nm-Transistoren Platz finden.
Die Verkleinerung der Strukturbreiten erlaubt es, mehr Transistoren auf kleinerem Raum unterzubringen. Aufgrund der winzigeren Strukturen wird weniger Ladung (Strom) benötigt, um den Schaltvorgang im Transistor auszulösen (Strom fließt oder Strom fließt nicht). Gleiche Rechenoperationen können daher schneller und mit weniger Energieaufwand ausgeführt werden. In der Praxis wird die Strukturverkleinerung jedoch meist dazu genutzt, um mit gleichem Energieaufwand eine höhere Rechenleistung zu erzielen.
Da sich die Transistorendichte nach dem Mooreschen Gesetz etwa alle 24 Monate verdoppelt, stehen pro Fläche immer mehr Transistoren zur Verfügung. Wie diese Transistoren genutzt werden, regelt die Prozessorarchitektur. Das Fundament heutiger Desktop-, Notebook- und Server-Prozessoren von Intel ist die 2006 eingeführte Intel Core Mikroarchitektur. Sie ist für Mehrkern-Prozessoren optimiert und liefert hohe Performance bei gleichzeitig niedrigem Strombedarf. Dadurch wird die Energieeffizienz der "Core 2 Duo"- und der "Core 2 Quad"- Prozessoren sowie der "Xeon" Dual- und Quadcore-Prozessoren erhöht.
Tic-Toc Modell: Neue Architektur und Strukturverkleinerungen im jährlichen Wechsel
Im Jahr 2006 stellte Intel sein Tic-Toc Modell vor. Nach diesem Modell führt das Unternehmen in Jahren mit geraden Jahreszahlen eine neue Architektur ein. In denen mit ungeraden Jahreszahlen wird auf die nächst kleinere Transistorstrukturbreite umgestellt. Mit der Verkleinerung der Strukturbreite von 65 nm auf 45 nm ergeben sich durch die Penryn Prozessoren weitere Leistungssteigerungen für die Intel Core Mikroarchitektur. Selbst bei gleichen Taktfrequenzen werden diese CPUs noch schneller als ihre Vorgänger im Desktop und Server Segment sein und das bei vergleichbarem Stromverbrauch. Weitere Optimierungen werden von größeren Caches (bis zu zwölf MB L2 Cache), einer schnelleren Front Side Bus Anbindung (bis zu 1.600MHz) und 47 neuen SSE Instruktionen erwartet. Letztere tragen besonders bei Multimedia-Anwendungen - unter anderem Video-, Bild- und Soundbearbeitung - Verschlüsselung sowie technisch/mathematischen Anwendungen, zu einer Leistungssteigerung bei.
Durch den Einsatz des neuen so genannten "Radix 16"-Verfahren werden Divisionen doppelt so schnell abgearbeitet. Eine neue zusätzliche "Super Shuffle Engine" kann in einem einzigen Takt 128-Bit breite SSE Instruktionen packen, entpacken, einfügen oder umordnen und beschleunigt damit Vektorbefehle in der Hardware.
Die Prozessoren auf Basis von Penryn werden in allen Segmenten vom Notebook bis hin zu High-End Server zum Einsatz kommen. Bei den Xeon Server Prozessoren wird es Dual und Quad Core CPUs sowohl für Single-Socket- und Dual-Socket-Systeme geben als auch für Systeme mit vier Prozessoren pro Motherboard. Die Desktop Familie der Core 2 Prozessoren wird es ebenfalls mit zwei oder vier Kernen angeboten, wobei die Core 2 Extreme Serie den CPUs mit vier Kernen vorbehalten bleibt.
Im Notebooksegment steht neben hoher Leistung auch eine höhere Energieeffizienz im Mittelpunkt. Die dafür optimierten Dual Core Prozessoren haben deswegen einen noch niedrigeren Stromverbrauch wenn sich der Prozessor im sogenannten "Idle Mode" befindet.
Codename Nehalem: Die Intel Mikroarchitektur der nächsten Generation
Mit dem Codename "Nehalem" ist für 2008 die nächste Mikroarchitektur für Desktop, Server und Notebook Prozessoren in Planung. Nehalem ist eine komplett neue Mikroarchitektur, die auf der von der Intel Core Mikroarchitektur bekannten Fähigkeit bis zu fünf Instruktionen pro Prozessortakt gleichzeitig laden, verwalten und ausführen zu können, aufbaut.
Mit einer Technik vergleichbar der aus Pentium-4-Zeiten bekannten Hyper Threading Technology können mit der neuen Architektur mehrere Threads pro Rechenkern gleichzeitig ausgeführt werden. Insgesamt finden mit Nehalem bis zu acht Rechenkerne auf einem Chip Platz. In Kombination mit Simultaneous Multi-Threading (SMT) lassen sich somit über 16 Threads gleichzeitig ausführen. Die einzelnen Kerne werden damit effektiver genutzt.
Die neuen Nehalem Prozessoren werden zudem über einen integrierten Memory Controller Daten direkt mit dem Arbeitsspeicher austauschen. Eine logische Konsequenz daraus ist die integrierte Grafik. Diese sitzt nicht mehr auf dem passenden Chipsatz sondern direkt auf der CPU.
Neben diesen Techniken die vor allem auf Leistungssteigerungen abzielen, werden die zukünftigen Prozessoren auch über Funktionen verfügen, die die Energieefizienz weiter steigern.
Intel Polaris: 80 Rechenkerne schon heute Realität
Mit Polaris verfügt Intel bereits über einen 80 Kern Prozessor der bei einem Teraflop pro Sekunde Leistung nur 62 Watt Energie verbraucht. Polaris ist bislang ein reines Forschungsprojekt und wird voraussichtlich nie auf den Markt kommen. Es liefert den Intel Entwicklern jedoch wichtige Erkenntnisse etwa über die Notwendigkeit heutige Cache Technologien zu verbessern, wie neue Instruktionen in zukünftige Architekturen zu integrieren sind und über die Programmierung von Software für Multi-Core CPUs.
Nicht vergessen: Ende Juli findet wieder unsere "Assemblers World" statt. Diesmal machen wir sogar in zwei Städten Halt: Am 24. Juli in Dortmund (Signal Iduna Park, ehemals: Westfalenstadion) und am 26. Juli in München (Paulaner am Nockherberg).
Es erwarten Sie interessante und aktuelle Vorträge unter anderem zu den Themen "Energieeffizienz bei Office-Rechnern" (Green IT), "Auswirkungen der RoHS-Richtlinie für den Assemblierer", "Die neuen Windows Server im Überblick" und "Leise PCs für das Office" sowie zu weiteren Bereichen. Ferner stellt Intel seine aktuelle Prozessor-Roadmap vor.
Sie können sich unter www.assemblersworld.de für die Veranstaltung anmelden. ChannelPartner-Abonnenten zahlen einen Spezialpreis von 99 Euro (zzgl. MwSt.) (regulärer Preis: 149 Euro zzgl. MwSt.) Weitere Informationen gibt es auch unter der Telefonnummer 089 - 36086879. Wir freuen uns auf Sie!