ALCHEMY-Gruppe: Regiert Chaos die Computer?
Man könnte denken, dass die komplexen Mikrochips, die moderne Computer lenken, sich präzise und vorbestimmt verhalten. Nach Ansicht der Mitglieder der ALCHEMY-Forschungsgruppe am Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (INRIA - Französisches Institut für Computerwissenschaften und Automatisierung) verhalten sie sich chaotisch und unvorhersehbar und sind mit dem Wetter vergleichbar. Moderne Mikroprozessorarchitekturen sind auf eine beeindruckende Anzahl von Transistoren angewiesen: Ein allgemein genutzter Intel Pentium 4-Mikroprozessor hat 42 Millionen Transistoren, während der modernere Itanium 2 nicht weniger als 410 Millionen besitzt. Diese Einheiten interagieren durch komplexe Regeln und "ihre Leistungsfähigkeit kann höchst variabel und schwer voraussagbar sein", sagt Hugues Berry, Mitglied des Forscherteams. Laut den Schlussfolgerungen der Studie kann nur die Chaostheorie dieses unvorhersehbare Verhalten erklären. Im Rahmen ihrer Forschung analysierten die drei Mitglieder des Teams die Leistungsfähigkeit moderner Mikroprozessoren, indem sie viele Male dieselben Standardprogramme separat auf einem Simulator laufen ließen, der im Allgemeinen von Ingenieuren zum Entwurf und Testen von Mikroprozessoren verwendet wird. Sie maßen die Zeit, die der Prozessor benötigte, um die Aufgabe zu erledigen, und fanden heraus, dass die für die Durchführung der Programme benötigte Zeit bei den verschiedenen Versuchen erheblich variierte. Das ALCHEMY-Team stellte fest, dass die Leistung dieser Mikroprozessoren während der Ausführung bestimmter Programme komplexe nicht-repetitive Veränderungen aufwies, die die traditionelle Analyse herausfordern, die aber erfolgreich beschrieben wurden, wenn die so genannte "deterministische Chaos"-Analyse angewandt wurde. Derart komplexe Verhaltensmuster werden in vielen anderen Systemen beobachtet, von Physik über Biologie bis hin zu Sozialwissenschaften. Ein wichtiges Beispiel für derartiges Verhalten ist das Wetter: Obwohl wir die Faktoren, die das Wetter beeinflussen, präzise und mathematisch beschreiben können, ist es dennoch unmöglich, es über lange Zeiträume genau vorherzusagen. Minimale Veränderungen der Ausgangsdaten wie Temperatur, Windgeschwindigkeit oder Druck können später zu enormen Abweichungen führen. Für komplexe Mikroprozessoren bedeutet dies, dass der genaue Kurs einer Berechnung, einschließlich ihrer Dauer, vom Zustand des Prozessors zu Beginn der Berechnung abhängt. Dies ist der so genannte "Butterfly-Effekt", oder technischer ausgedrückt, die "sensible Abhängigkeit von den Anfangsbedingungen" - das Wesen des Chaos. Und dieses Phänomen ist gemäß den Schlussfolgerungen der ALCHEMY-Gruppe für die unberechenbare Veränderung der Geschwindigkeit, mit der einige Programme ausgeführt werden, verantwortlich.
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Frankreich