Zeitung Heute : 256 Milliarden Berechnungen pro Sekunde

Vom Einzelgänger zum Team – neue Cell-Prozessoren bringen den Supercomputer in die Spielkonsole

Fred Winter

Waren die Chips in den Heimcomputern bislang Einzelgänger, so zieht nun auch bei ihnen Teamwork ein: Vor wenigen Wochen präsentierten IBM, Toshiba und Sony eine neue Generation hoch leistungsfähiger Mikrochips, die aus einzelnen Prozessorenkernen bestehen. Die so genannten Cell-Prozessoren teilen sich die Rechenarbeit und sollen vor allem die wachsende Flut der Bilddaten und schnellen Simulationen bewältigen, beispielsweise in hochauflösendem digitalem Fernsehen oder in Computerspielen. „Bei der Cell-Technologie laufen mehrere Prozessorkerne parallel“, erläutert Stefan Wald vom IBM-Entwicklungszentrum in Böblingen. „Dadurch lassen sich aufwändige Operationen wie die Berechnung von Licht und Schatten oder sich drehende Objekte genauer und schneller ausführen. Das bedeutet letztendlich mehr Spaß für den Spieler.“

Sony hat bereits angekündigt, die Cell-Technik in der neuen Playstation 3 einzubauen. Dort werden neun Cell-Kerne gleichzeitig laufen, ein übergeordneter Prozessor koordiniert das Team. Bisher waren solche parallelen Architekturen nur den Supercomputern vorbehalten, für die Wissenschaft oder die Industrie: für aufwändige Klimasimulationen, Erdbebenprognosen oder die dreidimensionale Darstellung eines Airbus. Auch in den Großrechnern laufen mehrere leistungsstarke Chips zugleich, schieben Zahlenkolonnen durch riesige Speicher. Sie füllen viele Schränke, benötigen eigene Kühlaggregate und ziehen den Strom in armdicken Kabeln aus dem Netz.

Mit den Cell-Prozessoren zieht die Technologie der Supercomputer in die Spielkonsole ein. Im Unterschied zu den herkömmlichen Ein-Chip-PCs können sie sehr viel mehr grafische Daten in deutlich kürzerer Zeit bewältigen. Die Bilder wirken echter, die Bewegungen der Figuren und Objekte nähern sich den Geschwindigkeiten an, die das Auge als natürlich wahrnimmt. „Die Spiele werden wesentlich detailgetreuer und realistischer dargestellt“, prophezeit Stefan Wald.

Digitale Fotos liegen als Jpeg-Dateien auf der Festplatte. Musiktitel sind im Format MP3 gespeichert. Brillante Videofilme werden in Mpeg-2 oder Mpeg-4 auf CD-Rom und DVD abgelegt. Diese Fachsprache bezeichnet die Verfahren, mit denen die gigantischen Informationsmengen für Texte, Sprache, Musik und Bilder komprimiert sind. Während der Film läuft, muss der Prozessor also die Daten von der Scheibe oder Festplatte lesen, dekomprimieren, entschlüsseln, an den Monitor und den Lautsprecher senden, alles innerhalb kürzester Zeit, denn das Bild darf nicht ruckeln oder verschwimmen. Beim hochauflösenden digitalen Fernsehen, dem HDTV, beispielsweise muss der Chip allein sechs Mal mehr Daten bewältigen als bei herkömmlichen Computerbildern.

Um Lichtreflexionen, Schatten oder einen wild um sich schießenden Supermann zu programmieren, benötigt man mathematische Operationen, die auf Fließkommazahlen beruhen. Wie der Name andeutet, tragen sie ein Komma in der Ziffernkette, das während der Berechnungen wandert. Für den Computerchip bedeuten sie jede Menge Arbeit, denn jede einzelne Floating Point Operation (Flop), so der neudeutsche Fachausdruck, steht für eine mathematische Berechnung. Das heißt: Je mehr Lichtblitze im Spiel aufzucken und je mehr Gangster durch die Konsole hecheln, umso größer ist der Berechnungsaufwand, den der Prozessor bewältigen muss. Stefan Wald erläutert: „Weil die Prozessorkerne in der Cell-Technik gleichzeitig arbeiten, kommt der Chip mit einer deutlich geringeren Taktfrequenz aus.“

Künftig läuft das Wettrennen der Chiphersteller also nicht mehr um die höchste Taktfrequenz in Gigahertz, sondern um die meisten Flops pro Sekunde. „Unser Cell-Chip schafft zurzeit 256 Gigaflops, das sind 256 Milliarden Berechnungen“, meint Ingo Aller. „Ein normaler PC kommt vielleicht auf zwanzig bis dreißig Gigaflops.“

Allerdings produzieren die Cell-Chips sehr viel Wärme. „Bei der Verteilung der Arbeit auf mehreren Schultern muss man dafür sorgen, dass der Chip nicht zu heiß wird“, sagt Aller. „Man kann zum Beispiel die Teile des Chips abschalten, die für die laufende Anwendung nicht benötigt werden.“

Die Playstation 3 ist bislang das einzige Gerät, in dem die neuen Superchips eingebaut werden. Sony hat jedoch durchblicken lassen, dass die Cell-Technologie demnächst auch in hochleistungsfähigen Workstations für komplexe grafische Daten Einzug halten könnte. IBM will sie in seine Blade-Server einbauen, etwa für Kunden aus der Filmindustrie. Wohin die Cell-Technik letztlich führt, ist offen.

Auf einer Fachtagung in San Francisco im vergangenen Jahr stellte das Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried eine Methode vor, Mikrochips direkt mit Nervenzellen im Gehirn zu koppeln. Solche Hybride aus Halbleiterprozessoren und organischem Gewebe könnten die Spielkonsolen gänzlich überflüssig machen: Schon bei der Geburt bekommt jeder Mensch seinen eigenen Entertainmentchip implantiert. Dann laufen Fernsehbilder, Spielsequenzen und Hitlisten nur noch vor dem inneren Auge und Ohr ab. Und in der U-Bahn, auf dem Schulhof und im Café herrscht – Stille.

Hintergründe und Expertisen zu aktuellen Diskussionen: Tagesspiegel Causa, das Debattenmagazin des Tagesspiegels.

Hier geht es zu Tagesspiegel Causa!

0 Kommentare

Neuester Kommentar
      Kommentar schreiben