Immer mehr Leistung ist gefragt – doch wie weit lassen sich die herkömmlichen Computertechnologien noch ausreizen? Welche alternativen Verfahren zeichnen sich ab? In der April-Ausgabe beleuchtet bild der wissenschaft, inwieweit die altbewährte Prozessortechnik noch für mehr Rechenleistung sorgen kann und welche Potenziale für die Computertechnik in der Nutzung von optischen Verfahren und Spinwellen stecken.
„Smarte“ Geräte vieler Art, Big Data, Künstliche Intelligenz…: Die Digitaltechnik hat unsere Welt enorm verändert, sie wächst und treibt immer neue Blüten. Der „Dünger“ war und ist dabei eine stetige Steigerung der Rechenleistung. Dazu wird bisher die Mikroelektronik immer weiter geschrumpft und optimiert – die Transistor-Systeme, die auf der Basis von elektrischen Ladungen Prozessor- und Datenspeicher-Funktionen ermöglichen. Doch wie sieht es mit dem Zukunftspotenzial dieser bewährten – oder etwa veralteten Technologie aus?
Diesem Thema ist der erste Artikel des dreiteiligen Titelthemas gewidmet. Darin wirft der bdw-Autor Michael Vogel zunächst einen Blick auf die nunmehr 50 Jahre zurückreichende Entwicklungsgeschichte der Leistungssteigerung in der digitalen Mikroelektronik. Er zeigt dabei auf, welche Herausforderungen Transistor-Systeme und die Nutzung von elektrischen Ladungen mit sich bringen und wann das Potenzial ausgeschöpft sein könnte. Klar scheint: Dem leistungssteigernden Schrumpfen dieser Technik sind physikalische Grenzen gesetzt. Aus dem Artikel „Totgesagte leben länger“ geht allerdings hervor, dass durch feinere Fertigungsmethoden und raffinierte technische Kniffe noch Entwicklungspotenzial besteht. Das Ende der Fahnenstange könnte dann in etwa 10 bis 15 Jahren erreicht sein, sagen Experten.
Spin-Wave-Computing und „digitale Erleuchtungen“
Und was kommt dann? Möglicherweise könnten in den Computern der Zukunft Schaltkreise stecken, die mit Spinwellen statt Elektronen rechnen, berichtet der bdw-Autor Finn Brockerhoff. Bei dem Verfahren wird der Eigendrehimpuls (Spin) von Elektronen genutzt, um Informationen in Form von sogenannten Spinwellen zu übertragen. Brockerhoff erklärt das Prinzip, welche Vorteile dieser visionäre Ansatz bietet und wie die Chancen auf eine Realisierung stehen. Das Potenzial der Technologie liegt demnach vor allem in der hohen Energieeffizienz. Offenbar entwickeln Wissenschaftler auch bereits neue Logik-Bauteile auf der Basis des Spin-Wave-Computings, geht aus dem Artikel „Der Spin schlägt Wellen“ hervor.
Anschließend rückt der bdw-Autor Thomas Brandstetter eine weitere vielversprechende Computertechnologie in den Fokus, an der Wissenschaftler momentan feilen: Vielleicht werden demnach einmal Lichtteilchen die Elektronen als Grundlage des maschinellen Rechnens ablösen. Wie aus dem Artikel hervorgeht, ist der große Vorteil des optischen Verfahrens die Parallelität: Es lassen sich gleichzeitig verschiedene Frequenzen des Lichts für die Informationsübertragung nutzen. Optische Chips könnten dadurch ganz neue Arten von Rechenmaschinen ermöglichen. Allerdings haben die Entwickler offenbar noch mit erheblichen Herausforderungen zu kämpfen. Ein Problem ist demnach die Umwandlung optischer in elektrische Signale. Der Autor beleuchtet, inwieweit das Konzept dennoch bald Einzug in die Computertechnik halten könnte.
Das Titelthema „Computer der Zukunft“ finden Sie in der April-Ausgabe von bild der wissenschaft, die ab dem 15. März im Handel erhältlich ist.
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