Sich selbst verändernde Chips
Amerikanische Wissenschaftler entwickeln eine Technik, durch die sich ein Chip den Anforderungen unterschiedlicher Programme anpasst und damit weniger Energie verbraucht sowie schneller wird
David Albonesi, ein Computeringenieur an der University of Rochester, New York, hat das Modell eines Chips entwickelt, der sich während des Betriebs neuen Forderungen anpasst. Dadurch kann er nicht nur schneller arbeiten, sondern er verbraucht auch weniger Energie, was gerade für die wachsende Mobilkommunikation von großer Bedeutung sein könnte.
"Die existierenden Mikroprozessoren sind ziemlich ineffizient, wenn sie eine Vielzahl von Aufgaben erledigen sollen", sagt Albonesi. "Sie sind so hergestellt, dass sie überall gut arbeiten, aber da sie nicht flexibel sind, können sie nicht so gut für ein bestimmtes Programm arbeiten, wie sie dies könnten."
Zur Erfindung von Albonesi gibt es auch gleich eine Erfindungsgeschichte. Angeblich habe er sich mit dem Entschluss in ein Zimmer solange eingeschlossen, bis ihm etwas wirklich Neues eingefallen ist. Dabei seien ihm die nicht effizient arbeitenden Caches auf einem Chip eingefallen, auf denen oft benötigte Daten für einen schnellen Zugriff zwischengespeichert werden. Die meisten Chips besitzen davon zwei: einen schnellen, aber kleinen Cache und langsameren, aber größeren Cache. Die Größe der Speicher liegt fest, die Programme aber würden unterschiedliche Größen benötigen, um möglichst gut zu laufen.
Also kam Albonesi auf den CAP (Complex-Adaptive Processing), der überwacht, wie eine bestimmte Software die Hardware eines Chips benutzt, und dann die Hardware, also die Größe und die Geschwindigkeit des RAM und des CAM, dieser Benutzug anpasst. Versuche mit einem Prototypen haben ergeben, dass CAP in der Lage ist, den Energieverbrauch eines Chips zu halbieren, während er die Leistung verbessert. Das CAP-System ist für die im Handel befindlichen Chips tauglich und könnten auch in künftige PCs eingebaut werden.
Zusammen mit anderen Wissenschaftlern hat Albonesi für die Weiterentwicklung des CAP drei Millionen Dollar von der DARPA erhalten. So arbeiten die Wissenschaftler daran, den Wert von 1 zu verändern. Chips senden ihre Informationen binär in "Nullen" und "Einsen". Bei 0 fließt kein Strom, bei 1 soviel, dass der Stromfluss vor dem Hintergrundrauschen der durch den Chip fließenden Elektrizität heraushebt. Wenn man die Größe des Cache herabsetzen kann, lässt sich auch das Hintergrundgeräusch verringern, wodurch die Spannung zur Repräsentation einer 1 ebenfalls sinken kann. Zusammen mit der Veränderung des Cache könnte auch diese Veränderung in jeder Sekunden millionenfach vorgenommen werden. Energie könnte man auch sparen, wenn weniger Transistoren benutzt werden müssten oder wenn man die Geschwindigkeit des Prozessors herabsetzen würde, sobald ein Programm auch damit auskommt.
Insgesamt ließe sich so die Lebensdauer von Batterien für mobile Geräte verlängern, während diese gleichzeitig genauso schnell oder schneller als die herkömmlichen arbeiten. "Wir leben mehr und mehr in einer drahtlosen Welt, und das heißt, es gibt mehr und mehr Batterien zum Betreiben der Prozessoren", erklärt Albonesi die Bedeutung seiner Entwicklung. "Während die Rechenkapazität explodiert ist, hat die Batterientechnik damit nicht Schritt halten können. Indem wir Mobiltelefone und tragbare Computer effizienter machen, können wir sie länger laufen lassen, weil die Batterien länger halten."