Prozessortrends 2002

Der Weg zum 10-GHz-Prozessor

Wie sieht der 10-GHz-Prozessor aus und welche Hürden gilt es bis dahin zu nehmen? Diesen Fragen stellte sich Bill Pohlmann, Gründer und CEO von Primarion.

Zwischen 2005 und 2007 sollen die Prozessoren eine Taktfrequenz von 10 GHz erreichen. Die Fertigung erfolgt dann in einem 0,03-µm-CMOS-Prozess. Entsprechend niedrig liegen die Core-Spannungen mit 0,5 bis 0,8V. Das Die des 10-GHz-Prozessors besteht aus zirka 300 Millionen Transistoren. Davon wird ein Großteil auf die Caches abfallen, die über 16 MByte groß sind. Die 10-GHz-CPUs sollen mit einer maximalen Stromaufnahme von 150 A auch nicht zu den Energiesparern gehören. Einen hohen Durchsatz soll das Bussystem mit 30 GByte/s bieten. Zu den größten Problematiken auf dem Weg zum 10-GHz-Prozessor zählen die steigende Design-Komplexität, die langsame I/O-Performance sowie lange Latenzzeiten.

Ein weiteres Problem, das schon bei den aktuellen Prozessoren auftritt, ist die ungleichmäßige Leistungsaufnahme auf dem Die. Die Integer- und Floating-Point-Units benötigen mit Abstand am meisten Energie. Relativ wenig Strom verbrauchen dagegen die Caches, dafür aber umso mehr Die-Fläche. Da die verschiedenen Bereiche des Dies unterschiedlich schnell mit hoher Stabilität geladen werden müssen, ist beim 10-GHz-Prozessor eine neue Architektur der Stromversorgung erforderlich.

Dringend notwendig sind nach Bill Pohlmanns Meinung neue Bussysteme. Die FSB -Bandbreite skaliert nicht mit Moores' Law wie die Taktfrequenz der Prozessoren. Auch die elektrischen Signale können zu grundlegenden Problemen führen. Künftige Bussysteme werden deshalb mit differenzialen Signalen und Punkt-zu-Punkt-Verbindungen arbeiten, wie beispielsweise AMDs HyperTransport. Hier ist die elektrische Störanfälligkeit geringer.

Beim 10-GHz-Prozessor wird das Bussystem aber optisch arbeiten. Hierzu werden kleine effiziente Laser (VCSELs), preiswerte winzige optische Multiplexer sowie eine "optische Verdrahtung" auf den PCBs benötigt. Der Vorteil von optischen I/O-Bussystemen wird die hohe Bandbreite sein, mit der auch die erwähnten 30 GByte/s möglich sind.