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31.07.1981 - 

Was Rechenprozessoren von morgen leisten:

30 Mips und 200 Megabyte pro Sekunde

SAN FRANCISCO (cw) - Der typische Rechenprozessor eines großen Datenverarbeitungssystems der ausgehenden 80er Jahre wird bis zu 30 Millionen Befehle in der Sekunde (Mips) ausführen und je Kanal eine Übertragungsleistung von 20 Millionen Byte sowie einen gesamten Datendurchsatz von 200 Millionen Byte in der Sekunde haben. Diese Ansicht vertrat ein Berater der strategischen Planung von Amdahl auf der kürzlichen Annual Conference of the Government Management Information Sciences Group in San Francisco.

Eine solche Art von Hochleistungsrechner würde ohne Zweifel einen enormen Fortschritt gegenüber den Leistungen gegenwärtiger Rechenprozessoren darstellen und den grundlegenden Baustein der in den frühen 90er Jahren zu erwartenden Großsysteme bilden, sagte Robert O'Neill auf der Konferenz. Seine Prognose eines eventuellen 30-Mips-Prozessors gilt aber nicht nur für die zukünftigen Großrechner seines eigenen Unternehmens, sondern auch für die meisten Prozessoren der Mitbewerber innerhalb und außerhalb der IBM-Sphäre.

Die zu erwartende Leistungssteigerung bei High-End-Rechnern dürfte auf enormen Fortschritten in der Technologie der Schaltungslogik und Hauptspeicher beruhen. Bei der Schaltungslogik wird die dominierende Technologie zumindest mittelfristig weiterhin N-Kanal-MOS sein, betonte O'Neill. Um die ausgehenden 80er und die frühen 90er Jahre dürfte eine typische NMOS-Schaltung eine Schaltzeit von 5G0 Picosekunden, eine Signalverzögerungszeit von 1600 Picosekunden, eine Kühlleistung von 16 Watt je Chip und eine Komponentendichte von 20 003 bis 30 000 Gatter je Chip aufweisen Noch bessere Leistungen können für den nächsten Konkurrenten von NMOS, die Emitter-Coupled Logic (ECL) vorausgesagt werden. Innerhalb von zehn Jahren will man bei ihr Schaltzeiten um 100 Picosekunden und Verzögerungszeiten von 400 Picosekunden erreichen. Bis 1990 will man die Komponentendichte bei ECL um 400 bis 700 Gatter auf 5000 bis 10 000 Gatter je Chip steigern und die Kühlleistung von 3 bis 4 Watt auf 16 Watt je Chip sagte O'Neill.

ECL und NMOS werden natürlich früher oder später anderen "exotischeren" Technologien Platz machen, die - wie beispielsweise die Josephsonkontakt-Technologie Schaltzeiten von 20 Picosekunden und Verzögerungszeiten von 100 Picosenkunden in Aussicht stellen. O'Neill dämpfte aber zu hohe Erwartungen, indem er darauf hinwies, daß die Josephsonkontakte nur im Tiefsttemperaturbereich von etwa 4° Kelvin arbeiten und nicht vor 1990 auf den Markt kommen werden.

Zur Zeit ist der größte Nachteil der mit Josephsonkontakten bestückten Prozessoren und Speicher die Wartung. Fallen diese Komponenten durch einen Defekt aus, müssen sie zuerst auf Raumtemperatur aufgewärmt werden, bevor Wartungsarbeiten beginnen können. Die Aufwärmdauer kann 24 Stunden betragen. Nach den Wartungsarbeiten müssen die Komponenten während weiterer 24 Stunden auf die Temperatur von wenigen Kelvingraden gekühlt werden. Erst dann können die normalen Verarbeitungsoperationen wieder aufgenommen werden. Demzufolge beträgt die kürzeste Ausfallzeit für einen defekten Rechenprozessor mit Josephsonschaltungen 48 Stunden nach O'Neill eine für den Systembetrieb keinesfalls akzeptable Unterbrechung. Ein weiterer technischer Fortschritt, der ebenfalls die Leistung der Prozessoren großer Rechner verbessern dürfte, sind die Verbesserungen bei MOS-RAM-Speicherchips. Bis zum Ende der 80er Jahre wird eine typische Hauptspeicherschaltung eine Zugriffszeit von 50 bis 100 Nanosekunden und eine Speicherkapazität von 256 KBit haben, was einer Kapazität von 1 MBit je Chip entspricht. Aber selbst bei so enormen Verbesserungen der Zugriffszeiten werden Hauptspeicherchips weiterhin viel langsamer sein als Logikchips. Gegen Ende des Jahrzehnts wird der Zwang zum schließen dieser Lücke die Entwicklung superschneller ECL-Pufferspeicher zur Folge haben, die aus 16KBit-RAM-Chips bestehen und mit Zugriffszeiten von 2 bis 3 Nanosekunden arbeiten werden, sagte O'Neill voraus.

Zu anderen wichtigen Entwicklungen, die sich mit Sicherheit in den nächsten zehn Jahren auf den Großrechnersektor auswirken werden, gehören:

- Die Entscheidung, die Adressierbarkeit von 24 auf 31 Bit zu erweitern, was durch Begrenzungen in der Architektur der gegenwärtigen Großrechner vom Typ System/370 notwendig wird, die sich baId als unzulänglich erweisen werden, wenn es darum geht, die Verarbeitungsleistungen erheblich zu steigern.

- Die Einführung von Architekturen in Bausteintechnik, die eine logische Trennung von Funktionen wie E/A-Verarbeitung und arithmethische Verarbeitung gestatten und über ihre eigenen dedizierten Prozessoren verfügen.

- Die Entwicklung spezialisierter Betriebssysteme zur Steuerung dieser Prozessoren.

- Zur Lösung der bei Großrechnern auftretenden Kühlprobleme wird sich die Luft als primäres Kühlmedium durchsetzen.

- Rasche Zunahme der optischen Signalübertragung mit Lichtleitern anstelle der herkömmlichen elektrischen Verkabelung.

Übersetzt aus COMPUTERWORLD vom 22. 6. 1981 von J. Hoelzgen, Böblingen.