Weiche Hardware


Mitschrift zur
SWR-2-Sendung “Campus” am Samstag, den 2. September 2000 um 10.05 Uhr (SWR-2 Hörfunk-Redaktion Wissenschaft, Studio Baden-Baden):

Weiche Hardware

Anmoderation durch Dr. Markus Bohn: In der Computerbranche herrscht wieder einmal Goldgräberstimmung. Denn wenn der Cheftechnologe der japanischen Hitachi-Gruppe recht behält - und dafür spricht einiges, dann werden die herkömmlichen Mikroprozessoren, wie sie heute in jedem elektronischen Gerät vom Handy bis zum Laptop stecken, bald alt aussehen wie Methusalem. Die Tage der harten Hardware sind wohl gezählt, die Zukunft gehört der weichen Hardware. Um die Verwirrung komplett zu machen: weiche Hardware braucht keine Software mehr wie die herkömmliche harte Hardware, weiche Hardware braucht Configware. Denn weiche Hardware ist Flexware. Das klingt alles ziemlich meschugge, die Idee dahinter ist aber ebenso einfach wie genial: Nicht nur die Menschen sollen in Zukunft immer flexibler werden und lebenslang lernen, sondern auch die Mikrochips. Keine eingefahrenen Bahnen mehr in unseren Köpfen, keine feste Verdrahtung mehr in den Prozessoren. Die Konfiguration der Chips wird der jeweiligen aufgabe optimal angepaßt und sozusagen in die Anwendungsprogramme hinein integriert. Seit gut 10 Jahren arbeiten Wissenschaftler nun an diesem Konzept, und jetzt soll der Durchbruch bevorstehen. Das war jedenfalls die Mehrheitsmeinung auf dem Fachkongreß dazu, der diese Woche in Villach stattfand.
Interview durch Klaus Herbst: Die Kosten einer Mikrochip-Fabrik verdoppeln sich alle drei Jahre und haben längst eine Milliarde Dollar überschritten. Die Entwurfskosten für einen Computerchip steigen exponentiell. Gleichzeitig wird die Lebensdauer der Hochleistungs-Chips immer kürzer. Sogenannte rekonfigurierbare Mikrochips sollen aus diesem Teufelskreis herausführen. Diese sind auf eine neu Art programmierbar, erklärt professor Reiner Hartenstein vom Fachbereich informatik der Universität Kaiserslautern. Ein sogenannter Konfigurations-Kode ändert ständig - oder zu bestimmten, gewünschten zeiten - die Art und Weise, wie die Bauteile des Chips miteinander verschaltet sind. In Bruchsteilen von Sekunden wird die Logik, die Rechen-Intelligenz des Chips, neu konfiguriert. Ebenso schnell ändert sich die Verdrahtung, welche durch Transistoren immer wieder zu neuen Strukturen verknüpft wird.
“Das kann man sich vielleicht wie einen Riesen-Rangierbahnhof vorstellen, wo gleichzeitig Hunderte von Waggons oder gar Zügen hindurchlaufen. Und die Programmierung besteht darin, daß man die Weichen stellt. Dies wird durch Configware bewirkt und diese wird intern in irgendwo im Inneren verborgenen Speicherelementen abgelegt, die dann die Stellung der jeweiligen “Weichen” [Transistoren] festhalten für eine längere Zeit.”
Man hat also quasi auf Abruf immer einen neuen Chip. Und letztlich zum Teil einen neuen Computer, wobei die Hardware dieselbe bleibt. Die Rechner werden noch flexibler. Das ist auch dringend nötig. Denn nur so können sie die unglaublichen Datenraten bewältigen - oder routen -, die im Internet in jeder Sekunde hin- und hergeschoben werden. Erstmals hat eine Firma aus dem Silicon Valley, sie heißt Xilinx, eine Schaltung vorgestellt, die über das >Internet rekonfiguriert wird.
“Die Prozessoren, die für das Routing verwendet werden, kommen längst nicht mehr mit. Jetzt sind vierzig Start-ups und teils auch größere Firmen wie Motorola, Lucent und IBM dran, neue spezielle Netzwerkprozessoren für dieses schnelle Routing zu entwickeln. Man möchte gerne, wie es über die Glasfaser ankommt, jedes Daten-Package sofort umdirigieren. Derzeit wird das noch per Software gemacht, und das dauert. Die neuen Prozessoren haben rekonfigurierbare Anteile. Man muß ja die Strategie immer wieder ganz geschwind umschalten. Diese will man im Nanosekundenbereich umschalten. Und dafür müßte man jeweils ein neues Softwaremodul starten. Das dauert viel zu lange. Und das wird jetzt mit rekonfigurierbaren Anteilen gemacht”
Der Vorteil: Physisch ändert sich im Chip nichts. Aber die ständig neue Verschaltung der einzelnen Komponenten, die so genannte Architektur, bewirkt ein hohes Maß an Parallelität. Dadurch steigert sich die performance, die Leistung, Der Datendurchsatz wird bis z Tausend mal größer; hat die Forschung gezeigt. Dringend nötig geworden sind rekonfigurierbare Mikrochips auch für die unausgereifte UMTS-Mobilfunk-technologie. Schon jetzt gelten die versteigerten Frequenzbänder als vollgestopft. Es bedarf besserer algorithmen für aufwendigere Kodierverfahren und für leistungsstärkere Fehlerkorrektur, konstatiert Reiner Hartenstein:
“Bei diesen neuen Handies, die jetzt mit dem UMTS-Verfahren kommen, ist das eine Voraussetzung dafür, daß so etwas überhaupt zu einem erschwinglichen Preis angeboten werden kann. // Diese Elektronik kann man nicht ohne einen rekonfigurierbaren Anteil realisieren. Im Moment ist das ja noch ein VW-Transporter voll Elektronik. Wenn man überlegt: das soll in zwei Jahren auf den Markt kommen, das kann man sich ja fast nicht vorstellen. - Der Standard ist noch nicht stabil, denn die Standards wie das UMTS sind ja eigentlich noch garnicht so richtig erprobt worden -, daß man dann sozusagen drahtlos Upgrades in das Gerät hineinfunken kann, daß es dann auf den neuesten Stand gebracht wird. Und so etwas geht also nur über Configware.”
Die Technologie, Computerchips über Funk oder das Internet neu zu organisieren, ist also die Voraussetzung für neue Multimediaanwendungen. Außerdem ist sie ein Gewinn für die Umwelt. Ein heutiger PC ist schon nach achtzehn Monaten veraltet und landet früher oder später auf dem Müll - trotz hochgiftiger Inhaltsstoffe wie Blei, Mangan, Cadmium und Brom. Hier sorgen rekonfigurierbare Chips dafür, daß die Rechner deutlich langlebiger werden. Reiner Hartenstein nennt einen weiteren Vorteil:
“Wenn der Technologiefortschritt abnimmt und die Halbleiterindustrie langsam zu verlottern droht // dann ist die Architektur bereit, der Innovationstreiber zu werden. Das heißt, man kann diese Innovationslawine, wie wir sie jetzt haben, im selben Tempo weiterführen.”
Fazit: Die Technologie rekonfigurierbarer Mikrochips ist ein Forschungsschwerpunkt - und möglicherweise auch ein Ausweg. Denn viele Informatiker glauben, daß konventionelle Computerchips schon bald an ihre technische Grenze gelangen.




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