Starke Rechenleistung im Miniatur-Format: FAU-Team entwickelt Supercomputer-on-a-Chip
Ein Mikrochip, der schneller rechnet als alle Menschen zusammen – was im ersten Moment utopisch klingt, hat ein Team an der FAU nun geschafft.
Das Asic LooP ACcelerAtor (ALPACA) Team des Lehrstuhls für Hardware-Software-Co-Design hat einen Chip entworfen, der 64 selbstentwickelte Rechenkerne vereint – und dabei nur 10 Quadratmillimeter misst. Bei dem Chip handelt es sich um einen Prototypen für Anwendungen in den Bereichen Bildverarbeitung und KI.
Um mit der Rechenleistung des innovativen Chips mithalten zu können, müsste jeder der acht Milliarden Menschen unserer Erde pro Sekunde 48 Additionen oder Multiplikationen durchführen, denn der ALPACA-Chip schafft bis zu 384 Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde. Ein gewöhnlicher Fahrraddynamo mit ungefähr 3 Watt elektrischer Leistung genügt, um den ALPACA-Chip zu betreiben. Dabei ist der Chip so klein, dass auf der Fläche einer 1-Cent-Münze etwa 20 Chips Platz finden würden.
Die Anwendungsgebiete von ALPACA sind vielfältig. Der Chip eignet sich besonders für die schnelle Verarbeitung von digitalen Audio- oder Video-Signalen sowie von großen Datenmengen im Bereich des maschinellen Lernens und des wissenschaftlichen Rechnens. Durch den niedrigen Energiebedarf profitieren insbesondere Anwendungen aus Bereichen der Medizintechnik, IoT-Systeme und Automobil.
Zur Programmierung der vielen kleinen Prozessoren ist parallel zu dem eigentlichen Chipentwurf eine leistungsfähige Software entstanden, die rechenintensive Anwendungen automatisch übersetzt und den Code zur Ausführung auf den ALPACA-Chip lädt. Der Chip und sein einzigartiges Hardware-Software-Co-Design wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereichs/Transregio 89 „Invasives Rechnen“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) entwickelt und in der Halbleitertechnologie 22nm gefertigt.
© FAU/Andreas Bininda | Das sogenannte Test-Board zeigt ein Board zum Testen des Chips, der sich verpackt im schwarzen Gehäuse befindet.
© FAU/Andreas Bininda | Der Supercomputer-on-a-Chip wurde vom ALPACA-Team an der FAU entwickelt.
