Leistungsstärkere und umweltfreundlichere Computer

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Leistungsstärkere und umweltfreundlichere Computer

Die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Computer kann nicht beliebig erweitert werden - die Rechenmaschinen verwandeln sich in regelrechte Heizkessel. Über 85°C Grad werden elektronische Bestandteile abre instabil. Ein neues Projekt will nun die Rechenkapazitäten der Zentralprozessoren verzehnfachen und gleichzeitig Energie sparen.

Vor einigen Jahren verfügten unsere Computer nur über einen einzigen Kern (Core), den es zu beschleunigen galt, um die Leistung zu steigern. Die Folge waren überhitzte Maschinen, denn bei 85°C Grad werden elektronische Bestandteile instabil. Wie kann man diese physikalische Grenze überwinden? Die EPFL entwickelt nun zusammen mit Partnern im Rahmen des Projekts CMOSAIC dreidimensionale Mikrochips mit interner Kühlung dank haarfeiner und mit Kühlflüssigkeit gefüllter Kanäle. Das Ziel ist, zehnmal leistungsstärkere Prozessoren zu entwickeln, die genauso viele Transistoren pro Kubikzentimeter enthalten wie Neuronen im gleichen Hirnvolumen. Noch nie zuvor wurde eine so hohe Dichte erreicht.


Mehrkerntechnologie: Ein Chip birgt mehrere Prozessoren, die sich die Arbeit teilen

Heute prangt auf den meisten Computern für Herrn und Frau Jedermann stolz das Etikett "Dual Core" oder "Quad Core". Doch auch diese Lösung wird früher oder später an die gleichen physikalischen Grenzen stossen. Der dreidimensionale Prozessor gründet ebenfalls auf der Mehrkernidee. In diesem Fall werden sie aber übereinander statt wie bei den aktuellen Prozessoren nebeneinander angeordnet. Der Vorteil? Die gesamte Kernoberfläche steht für eine Verbindung zum Nachbarkern zu Verfügung, d.h. rund 100 bis 10 000 Verbindungen pro Quadratmillimeter. Diese kürzeren und zahlreicheren winzigen Verbindungen dürften die Geschwindigkeit des Datenaustauschs verzehnfachen. Gleichzeitig sollten Energieverbrauch und Wärmeproduktion sinken.

Ökologische Herausforderung

Bei der technologischen Herausforderung dreht sich selbstverständlich alles um die Leistung. Doch auch die Umwelt spielt eine nicht unerhebliche Rolle. "Die Datenzentren der Industrie verbrauchen in den USA bereits 2% des verfügbaren Stroms", erklärt der Projektleiter John R. Thome. Alle fünf Jahre verdoppelt sich dieser Wert. Bei diesem Rhythmus würde ein Superrechner theoretisch im Jahr 2100 den für die gesamten USA benötigten Strom verbrauchen!" Obwohl der dreidimensionale Prozessor weniger Energie verbraucht und weniger Wärme produziert, ist auch er nicht kalt.

Aus diesem Grund ist John R. Thome mit der Entwicklung eines neuen Kühlsystems beauftragt. Zwischen zwei Kernen befinden sich Kanäle mit einem Durchmesser von 50 Mikron, in denen Kühlflüssigkeit zirkuliert. Diese verlässt den Kreislauf als Dampf, wird durch einen Kondensator wieder verflüssigt und anschliessend in den Prozessor zurückgepumpt.

Bereits nächstes Jahr soll ein Prototyp dieses Kühlsystems gebaut und unter realen Bedingungen, wenn auch ohne Prozessor, getestet werden. Bis aber Mikrochips in die Computer für Endverbraucher eingebaut werden, braucht es noch ein paar Jahre Geduld. Die ersten Exemplare dürften ab 2015 in Superrechnern zum Einsatz kommen. Die Version mit integriertem Kühlsystem wird hingegen wahrscheinlich nicht vor 2020 in die Serienproduktion gehen.

Kontakt

Jérome Grosse, Medias and communication, EPFL Tél. +41 21 693 21 78 Email : jerome.grosse at epfl.ch

 
CW

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