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Feature Stories - Ein Netzwerk für die Zukunft des Computing

Seit einem halben Jahrhundert spiegelt das Mooresche Gesetz, eine Voraussage des Intel-Mitbegründers Gordon E. Moore, der zufolge sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip etwa alle zwei Jahre verdoppelt, die Realität sehr genau wider. Als Ergebnis besitzen unsere Handys mehr Rechenleistung als ein Computer aus den 1960er Jahren, der so groß war wie ein ganzes Haus. Aber ungefähr im Jahr 2020 wird Moores Gesetz an seine Grenzen stoßen: Die Gesetze der Physik werden eine höhere Transistordichte schließlich verhindern, aber auch andere Faktoren wie Temperatur, Energieverbrauch und Kosten werden eine Leistungssteigerung sogar noch früher verlangsamen.

Digitale Wirtschaft

Die Datenmenge unserer modernen Welt steigt dagegen explosionsartig an, Menschen und Maschinen erzeugen, speichern, teilen und übertragen ständig steigenden Mengen an Informationen in vielen verschiedenen Formen, viele unterschiedliche Geräte verlangen nach energieeffizienteren Prozessoren mit höherer Leistung. Wie können Computersysteme in der post-Moore-Ära diese stetig wachsende Nachfrage erfüllen? Eine endgültige Antwort wird wohl niemals zu finden sein, aber europäische Forscher stecken große Anstrengungen in diese Frage. Einen großen Anteil an diesen Bemühungen hat das Projekt HiPEAC (1), ein "Exzellenznetzwerk" von Vertretern aus Wissenschaft und Industrie, das seit 2004 an der Koordination der europäischen Computerforschung beteiligt ist. Das Projekt wurde bereits zweimal verlängert, erhielt zuletzt von der Europäischen Kommission für vier Jahre Mittel in Höhe von 3,8 Mio. EUR und hat sich mittlerweile zum bekanntesten und weitreichendsten Netzwerk für Rechnersysteme in Europa entwickelt. "HiPEAC verfolgt drei Hauptziele: das Zusammenführen von Wissenschaft und Industrie sowie von Hard- und Softwareentwicklern und schließlich die Schaffung einer richtigen, sichtbaren Computersystem-Gemeinde in Europa. Aber nicht nur in diesen Belangen waren wir zweifellos erfolgreich", sagt Koen De Bosschere, Professor am Labor für Computersysteme der Universität Gent in Belgien und Koordinator des HiPEAC-Netzwerks. Die Konferenzen und Networking-Events von HiPEAC werden inzwischen von Hunderten von Wissenschaftlern und Industrievertretern aus Europa und darüber hinaus besucht. Die Sommerkurse, Workshops und Universitäts-Austauschstipendien des Netzwerks helfen bei der Ausbildung von Forschern in neuen und aufkommenden, theoretischen und technologischen Bereichen der Informatik. Und die im Rahmen des Projekts erarbeitete halbjährliche Roadmap hat sich zu einem Leitfaden für den öffentlichen und privaten Sektor entwickelt, mit deren Hilfe Forschungsförderung entsprechend kanalisiert werden kann. "Wir verfügen jetzt über ein Portfolio von 30 bis 40 Computersystem-Projekten, an denen wir gerade arbeiten. Die beteiligten Forscher kommen zu unseren Veranstaltungen, die sich zu einer der wichtigsten Networking-Möglichkeiten in dem Sektor entwickelt haben. Einige Projekte wurden bereits von Teilnehmern initiiert, die sich auf unseren Konferenzen kennengelernt haben", berichtet Professor De Bosschere. Als Beispiel nennt er das EuroCloud-Projekt, das im Jahr 2010 gegründet wurde und mit 3,3 Mio. EUR von der Europäischen Kommission unterstützt wird. Mit diesem durch ARM, einem Hersteller von Mikroprozessoren aus dem Vereinigten Königreich, koordinierten Projekt sollen Einzelchip-Server entwickelt werden. Dabei sollen ARM-Kerne genutzt und 3D-DRAM integriert werden, um Energieverbrauch und Kosten in Rechenzentren um sage und schreibe rund 90% zu reduzieren. Laut De Bosschere entstand die Idee für das Projekt 2009 auf der HiPEAC-Konferenz auf Zypern. "Diese Art von Networking-Möglichkeiten erweisen sich für das Stimulieren von Zusammenarbeit und Innovation als äußert wertvoll." Eine Roadmap von Herausforderungen und Chancen für Europa Gleichzeitig hat sich die HiPEAC-Roadmap, deren neuste Ausgabe noch dieses Jahr veröffentlicht werden soll, zu so etwas wie einem Ratgeber für die Zukunft der Computersystemforschung in Europa entwickelt. "Eigentlich war das nicht unser Ziel, aber die Kommission hat davon Wind bekommen und sich dann mit der Industrie beraten. Die von uns identifizierten Herausforderungen trafen genau zu und so wurde die Strategie zur Forschungsförderung daran ausgerichtet", erklärt der HiPEAC-Koordinator. "Seit der ersten Ausgabe im Jahr 2008 wurde die EU-Finanzierung in dem Bereich fast verdreifacht, und der nächste Aufruf wird ein Volumen von rund 70 Mio. EUR besitzen." In kurz- und mittelfristiger Sicht stellt die letzte Ausgabe des HiPEAC-Berichts fest, dass spezialisierte EDV-Geräte den vielversprechendsten aber auch einen schwierigen Weg darstellen, um die Leistungsfähigkeit künftiger Computersysteme zu verbessern. Vor diesem Hintergrund hat HiPEAC sieben konkrete Forschungsziele identifiziert - von der Energieeffizienz bis zu Systemkomplexität und -zuverlässigkeit -, die im Zusammenhang mit Gestaltung und Nutzung spezialisierter heterogener Systeme stehen. Auf längere Sicht aber, so die HiPEAC-Forscher, wird es entscheidend sein, die Forschungen in Richtungen zu lenken, die mit klassischen Systemen und deren herkömmlichen Beschränkungen hinsichtlich Hardware und Software brechen. Dafür müssten neue Geräte und neue Computing-Paradigmen erforscht werden, etwa bio-inspirierte Systeme, stochastisches Computing sowie Schwarm-Computing. "Wir müssen auf dem Weg natürlich aktuelle Entwicklungen und Ansätze verfolgen, auf lange Sicht aber werden wir mehr Rechenleistung wollen und benötigen. Dabei soll sie zuverlässiger sein, weniger Energie verbrauchen, weniger Wärme erzeugen und in kleinere Geräte passen. Mehr Rechenleistung bedeutet mehr Anwendungen und völlig neue Märkte - bedenken Sie nur, was Smartphones und Tablet-Computer in den letzten fünf Jahren ausgelöst haben", kommentiert Professor De Bosschere. "Für die Industrie bedeutet dies, dass man statt nur einem Desktop- oder Laptop-Computer wie heute, drei oder vier Geräte haben wird." Weiter sieht er für die Zukunft voraus, dass immer leistungsfähigere Geräte immer mehr Aufgaben erledigen werden können, die heute nicht möglich oder gar vorstellbar sind: beispielsweise bio-inspirierte neuronale Netze, die für Data-Mining-Anwendungen lediglich 1% des Energieverbrauchs heutiger Rechenzentren benötigen, oder Smartphones, die innerhalb weniger Minuten Blutproben analysieren, DNA sequenzieren und einen Virus feststellen können. "Die Einsatzmöglichkeiten von Computertechnologien in fast jedem Aspekt des Lebens sind schier endlos - wir müssen nur die Rechenleistung sicherstellen, die benötigt wird, um sie auszuführen." HiPEAC erhielt Forschungsmittel innerhalb des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union (RP7). Link zur Webseite des Projekts: - HiPEAC Nützliche Links: - Website der Europäischen Kommission zur Digitalen Agenda Links zu verwandten Filmen/Audiomedien: - HiPEAC Vision: 'Keep it simple for humans and let the computer do the hard work' Links zu verwandten Nachrichten: - Feature Stories - Alles hat sein Gutes: ökologische Konzepte für Clouds