Hochleistungsrechner bestehen heute oft aus mehreren Tausend Prozessorschaltstellen, die über ein kilometerlanges Netz aus Kupferdrähten miteinander verknüpft sind. Forscher aus dem IBM T.J. Watson Research Center in Yorktown Heights, USA, haben heute einen technologischen Durchbruch angekündigt, der es durch Verwendung von Lichtimpulsen ermöglichen kann, solche Supercomputer in einem Laptop PC unterzubringen.

Die zur Zeit schnellsten Supercomputer verbrauchen dieselbe Energiemenge wie rund 100 Eigenheime. Supercomputer auf winzigen Siliziumchips wären dagegen beim Energieverbrauch mit einer gewöhnlichen Glühbirne vergleichbar.

In einem Artikel des Fachmagazins "Optics Express" haben IBM Forscher ihre Ergebnisse erstmals detailliert vorgestellt: Sie nutzen Lichtimpulse, um Informationen zwischen multiplen Prozessorkernen in Silizium zu übertragen. Dies ersetzt die elektrischen Signale durch Kupferdrähte.

Diese technische Neuerung, auch als elektro-optischer Mach-Zehnder-Modulator aus Silizium bekannt, ist rund 100 bis 1.000 mal kleiner als ähnliche Modulatoren. Der Modulator konvertiert elekrische Signale in Lichtimpulse und könnte die Integration von optischen Routing-Netzwerken auf einzelnen Chips vorantreiben. Dies würde die Betriebskosten, den Stromverbrauch und die Hitzeentwicklung deutlich senken und die Kommunikationsbandbreite zwischen den Kernen im Vergleich zu "verdrahteten" Chips mehr als hundertfach erhöhen.

Einer der leistungsstärksten Chips weltweit- der IBM Cell-Prozessor der Sony Playstation3- verfügt über neun Kerne auf einem einzigen Chip. Durch den Einsatz der neuen IBM Technologie soll eine effiziente Methode entwickelt werden, die es ermöglicht, Hunderte oder Tausende von Kernen auf einem Mikrochip miteinander zu verbinden und die bisher notwendigen Drähte überflüssig machen. Die Verwendungvon Lichtimpulsen zur Informationsübertragung zwischen den einzelnen Kernen kann den Prozess hundertfach beschleunigen, während sich der Stromverbrauch gleichzeitig um 10 Prozent reduziert.

Dr. Ingo Aller, IBM Chipdesign Experte aus dem deutschen IBM Entwicklungszentrum Böblingen: „Diese Forschungsergebnisse eröffnen vollkommen neue Möglichkeiten bei der Prozessorentwicklung. Die heutige Verdrahtungstechnologie stößt bei der Verbindung von vielen Prozessorkernen auf einem Siliziumchip an ihre Grenzen. Es treten Überhitzungsprobleme und eine Limitierung der Bandbreiten zur Datenübertragung zwischen den Kernen auf. Die Verwendung von Lichtimpulsen im Silizium hingegen erlaubt eine Integrationsdichte, die die Funktionalität von Mikrochips um ein Vielfaches steigern kann“.

Der entsprechende Fachartikel "Ultra-compact, low RF power, 10 Gb/s silicon Mach-Zehnder modulator" wurde von Mitarbeitern des IBM T.J. Watson-Forschungsinstituts in den USA verfasst und online im Fachmagazin "Optics Express" veröffentlicht.