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Forschungsprozessor Single-Chip Cloud Computer: Intel packt 48 Rechenkerne auf einen Chip Intel überträgt das Cloud Computing-Prinzip auf Chip-Ebene

| Redakteur: Florian Karlstetter

Intel hat mit dem Single-Chip Cloud Computer einen Forschungsprozessor vorgestellt, in dem insgesamt 48 programmierbare Rechenkerne integriert sind. Der Chip funktioniert nach dem Cloud Computing-Prinzip und verfügt über ein sehr schnelles Netzwerk, das den direkten Datenaustausch zwischen den einzelnen Rechenkernen ermöglicht sowie neue Powermanagement-Technologien für eine optimale Energieeffizienz.

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Der von Intel Labs entwickelte „Single Chip Cloud Computer“ integriert 48 Intel Architektur Rechenkerne und damit die bislang größte Anzahl auf einem Chip.
Der von Intel Labs entwickelte „Single Chip Cloud Computer“ integriert 48 Intel Architektur Rechenkerne und damit die bislang größte Anzahl auf einem Chip.
( Bild: Intel )

Der von Intel Labs entwickelte Prozessor ist der jüngste Meilenstein des Tera Scale Computing Forschungprogramms. Der Chip mit dem Namen Single-Chip Cloud Computer integriert 48 auf Intel-Architektur basierende Rechenkerne und damit zehn bis zwanzig mal mehr Prozessoreinheiten als aktuelle Intel Core Prozessoren.

Nach Ansicht der Intel-Forscher könnten künftige Computer, die mit einem solchen Vielkern-Prozessor ausgestattet sind, völlig neue Software-Anwendungen und Mensch-Maschine-Schnittstellen ermöglichen. So wäre es dank der enormen Rechenleistung beispielsweise denkbar, dass Notebooks in Zukunft die Fähigkeit erlangen, Objekte und Bewegungen real und mit hoher Genauigkeit in derselben Weise wahrnehmen zu können wie das menschliche Auge. Vorstellbar ist auch, dass beim Online-Shopping die 3D-Kamera und das Display eines künftigen Notebooks als „Spiegel“ zu nutzen. So könnte man beispielsweise virtuell Kleidung anprobieren.

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Mit dieser Art der Interaktion könnte man künftig auf Tastaturen, Fernbedienungen oder Joysticks für Spiele verzichten. Einige Forscher prognostizieren sogar, dass Computer in der Lage sein werden, Gehirnströme zu lesen. Damit würde das Denken an eine Aufgabe, etwa das Diktieren von Wörtern, ausreichen, damit der Computer agiert. Bis diese Fiktion jedoch auch in der Realität möglich sein wird, gilt es noch einige Hürden zu bewältigen.

Funktionsweise des Single-Chip Cloud Computer

Der Testchip funktioniert ähnlich wie Cloud Computing, bei dem eine Vielzahl von Computern über ein physikalisches Netzwerk verbunden sind, eine immense Rechenleistung liefern und riesige Datenmengen verarbeiten können. Bei dem Prototyp sind alle Computer und Netzwerke auf einem einzigen Intel 45nm, High-k Metal-Gate Chip integriert, der in etwa die Größe einer Briefmarke hat.

„Mit einem solchen Chip wird ein künftiges Cloud-Rechenzentrum um ein Vielfaches energieeffizienter arbeiten als heutige Rechenzentren sowie erheblich Platz und Energiekosten sparen“, so Justin Rattner, Chef der Intel Labs und Chief Technology Officer bei Intel. „Ich gehe davon aus, dass diese fortschrittlichen Konzepte im Laufe der Zeit ihren Weg in die Mainstream-Geräte finden. In ähnlicher Weise sind zuvor fortschrittliche Automobil-Technologien wie elektronische Motorsteuerung, Airbags und ABS schließlich in alle Autos eingezogen.“

Für den effizienten Austausch von Informationen und Daten bietet der Single-Chip Cloud Computer ein High-Speed-Netzwerk zwischen den einzelnen Kernen. Dadurch verbessert sich die Kommunikationsleistung und Energieeffizienz enorm, da sich die Datenpakete nur Millimeter auf einem Chip bewegen anstatt mehrere Meter zu einem anderen Computer-System zurücklegen zu müssen. Auf diese Weise ist Software in der Lage, in wenigen Mikrosekunden Informationen direkt zwischen den kooperierenden Kernen auszutauschen, auch entfällt so der Zugriff auf einen langsameren Systemspeicher außerhalb des Chips. Zusätzlich können Anwendungen dynamisch genau verwalten, welche Kerne sie für eine bestimmte Aufgabe zu einem bestimmten Zeitpunkt verwenden und ihnen entsprechend den Anforderungen den nötigen Leistungs- und Energiebedarf zuweisen.

Ähnliche Aufgaben lassen sich auf den nächst gelegenen Kernen ausführen. So ist es sogar möglich, Ergebnisse wie auf einem Montageband direkt von einem Kern zum nächsten weiterzuleiten, um die Gesamtleistung zu maximieren. Darüber hinaus wird diese Software-Kontrolle um die Verwaltung von Spannung und Taktrate erweitert. Die Kerne lassen sich ein- und ausschalten oder ändern ihr Leistungsniveau, indem sie sich kontinuierlich an die niedrigste notwendige Energiestufe anpassen.

Die Programmierung für Prozessoren mit mehreren Kernen stellt eine bedeutende Herausforderung für die gesamte Industrie dar. Der Prototyp ermöglicht effiziente Ansätze der parallelen Programmierung auf dem Chip, die bislang in der Software von Cloud-Rechenzentren verwendet werden. Forscher von Intel, HP und Yahoo haben im Rahmen ihrer Zusammenarbeit bei der Testumgebung Open Cirrus bereits Cloud-Anwendungen auf den 48 IA-Core Chip portiert. Sie nutzten dazu Hadoop, ein Java-Software-Framework, das datenintensive, verteilte Anwendungen unterstützt.

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