Extrem effizienter 1000-Kern-Prozessor vorgestellt

Graduierte Studenten der University of California, Davis haben einen besonders stromsparenden Mikrochip mit 1000 Prozessorkernen entwickelt, die unabhängig voneinander programmierbar sind. Vorgestellt wurde er auf dem 2016 Symposium on VLSI Technology and Circuits in Honolulu, Hawaii. Geleitet wurde die Arbeit am „KiloCore-Chip“ von Bevan Baas, Professor für Technische Informatik, der sich schon länger mit der Entwicklung von Vielkernprozessoren beschäftigt.

Die Herstellung des in einem Forschungspapier (PDF) näher beschriebenen Chips erfolgte mit der 32-nm-CMOS-Technik von IBM und wurde unter anderem vom US-Verteidigungsministerium gefördert. Baas zufolge handelt es sich um den bisher energieeffizientesten Vielkernprozessor. Die 1000 Kerne können demnach 115 Milliarden Instruktionen in der Sekunde abarbeiten, während sie nur 0,7 Watt verbrauchen. Damit reicht eine einzelne AA-Batterie für den Betrieb des Chips aus, der 100-fach effizienter arbeitet als ein aktueller Notebook-Prozessor.

KiloCore-Chip (Bild: University of California, Davis)

Laut Brent Bohnenstiehl, der die grundsätzliche Architektur entwickelte, kann jeder Kern mit einer individuellen Taktrate betrieben werden und sich selbst abschalten, wenn er nicht benötigt wird. Die Cores laufen mit einer durchschnittlichen maximalen Taktrate von 1,78 GHz und übertragen die Daten direkt untereinander.

Jeder Kern kann unabhängig von den anderen eigene begrenzte Aufgaben erledigen. Das sorgt für erheblich mehr Flexibilität als bei der Methode Single Instructions, Muliple Data (SIMD) wie sie etwa bei GPUs üblich ist. Zur Anwendung kommt vielmehr Multiple Instructions, Multiple Data (MIMD), um einen höheren Durchsatz mit geringerem Stromverbrauch zu erreichen. Dabei wird eine Anwendung in kleine Einheiten zerlegt, die jeweils parallel verschiedenen Kernen zugeteilt werden.

Es ist nicht der erste Anlauf zu einem KiloCore-Chip. Schon 2010 schufen Forscher der University of Glasgow und der University of Massachusetts Lowell einen Prozessor mit 1000 Rechenkernen, dessen Design allerdings auf einem Field Programmable Gate Array (FPGA) basierte. Im gleichen Jahr präsentierte Intel eine Chiparchitektur für bis zu 1000 Cores. Auf der Konferenz Supercomputing 2010 stellte der Hersteller als „Single Chip Cloud Computer“ einen theoretisch auf bis zu 1000 Kerne skalierbaren Chip vor.

[mit Material von Liam Tung, ZDNet.com]