In seiner Übersicht über die aktuelle Entwicklung der Informationstechnologie am jüngsten Medientag des IBM Forschungslabors Rüschlikon bei Zürich ging dessen Direktor, Dr. Matthias Kaiserswerth, der auch als Vizepräsident der weltweiten IBM-Forschung tätig ist, auf die zu erwartenden Forschungsergebnisse der kommenden Jahre ein.

Stand der gegenwärtigen Halbleiterechnik ist die Nanotechnologie im Bereich der planaren Strukturen mit einer Linienbreite von etwa 20 Nanometer (20 nm = 20 Milliardstelsmeter). In den kommenden Jahren wird sich die Linienbreite zunächst auf 11 nm und dann auf 8 nm reduzieren, jedesmal mit entsprechender Steigerung der Computing-Leistung. Heute werden von Supercomputern Leistungen im Petaflops-Bereich erzielt. Ein Petaflops sind bereits eine Billiarde (!) Filesskommaberechnungen pro Sekunde. Der aktuell schnellste Supercomputer ereicht eine Dauerleistung von etwas über 10 Petaflops.

Nun überlegt man aber, wie man Computer bauen könnte, die noch einmal tausend Mal schneller sind. Das heisst, diese Supercomputer der "Exascale Computing"-Generation sollen Milliarden Berechnungen in einer einzigen Milliardstelssekunde durchführen können.

Mittels heutiger Halbleitertechnologie ist die dafür erforderliche Leistung nicht zu erzielen. Dabei geht es laut IBM nicht mehr darum, schnellere Recheneinheiten zu bauen - diese Entwicklung ist offenbar ausgereizt - sondern den Enegieverbrauch und Raumbedarf von Elektronikkomponenten zu senken. IBM erwartet Prozessoren, die nicht mehr mit Elektronik, sondern mit Silizium-Photonik arbeiten. Zudem hat das IBM Labor Rüschlikon wassergekühlte Prozessoren geschaffen, von denen ein erster Prototyp bereits an der ETH Zürich im Betrieb steht.

Neuartige Speicherchips, deren Einheiten in gestapelten Schichten dreidimensional angeordnet sind, können bereits im Labor demonstriert werden, und sollen verglichen mit den bisher zweidimensional gestalteten Chips deutlich erhöhte Baudichten .erlauben. Ferner steht die sogenannte Phasenwechsel-Speichertechnologie vor der Einführung, die bedeutend schnellere Memorychips ermöglicht und damit den Flaschenhals der heutigen "Von Neumann"-Architektur - die Verbindung von Prozessor und Arbeitsspeicher – beseitigen sollen. All diese Fortschritte sollen es ermöglichen, sowohl die Rechenleistung zu steigern und gleichzeitig den Platzbedarf von Rechnern und ihren Energieverbrauch um Grössenordnungen zu vermindern.

Auf diese Weise soll die Verarbeitung von riesigen Datenmengen in Echtzeit ermöglicht werden, wie sie beispielsweise durch die immer allgegenwärtiger werdende Sensoren anfallen. Es geht dabei um Mengen von Zetabytes - also Trilliarden von Bytes - die in Sekundenbruchteilen anfallen können. Und diese Daten können sowohl unstrukturiert sein - beispielsweise als Text-, Bild- oder Videodaten - als auch strukturiert, wie sie in den Zeilen und Spalten von Tabellen anfallen.

Von der heutigen Realität zur fernen Utopie

Die Entwicklung geht dabei über das Stadium der Forschung und anschliessend in die Kommerzialisierung. Dieser Zyklus wird durch den mit dem Angebot wachsenden Bedarf an Rechenleistung immer wieder erneuert. Es ist absehbar, dass dieses Bestreben im Bereich der Technologie, ähnlich wie in der Neurologie, in kognitive Verarbeitung mündet. Allerdings liegt die Simulation des menschlichen Gehirns - wenn dieses langfristige Ziel überhaupt erreichbar ist - noch in weitester Ferne. Doch immerhin stehen wir zurzeit an der Schwelle zum kognitiven Computing. Es gibt dafür heute schon erste Chips sowie Architekturen für lernende Systeme.

Auch die IBM-Forschung mit ihren weltweit immerhin 3000 Wissenschaftern in neun Labors rund um den Globus ist an sogenannten Blue Sky Projekten - Forschungen ohne unmittelbar erkennbaren kommerziellen Nutzen - beteiligt. So wurden beispielsweise in IBM Laboratorien schon Lernende Systeme gebaut, die mit dem menschlichen Gehirn vergleichbare elektronische Schaltelemente enthalten: 256 Neuronen, 262'000 programmierbare und 65'000 selbstlernende Synapsen - ein erster Schritt in die von IBM als Ära der "Smart Systems" bezeichnete Zukunft. (Gregor Henger)