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Die Energiewende im Mikrochip | Entwicklung alternativer energiesparender Computerchips

Informatiker der Universität Bremen forschen gemeinsam mit der renommierten Purdue Universität in den USA an der Entwicklung alternativer energiesparender Computerchips

Der Notebook-Akku ist bereits nach wenigen Stunden leer? Das Handy muss nahezu täglich neu aufgeladen werden? Zwar werden heutige mobile Geräte immer leistungsfähiger, allerdings steigt damit auch ihr Energieverbrauch stetig. Konnten Handys vor einem Jahrzehnt durchaus eine Woche ohne Energiezufuhr verlässlich arbeiten, zehren kabelloses Internet, hochauflösende Displays und Funktionen wie GPS an den Batterien heutiger mobiler Geräte. Neue Batterietechnologien und die Miniaturisierung von Computerchips leisten zwar derzeit noch Abhilfe, perspektivisch stoßen diese Verfahren in naher Zukunft aber an ihre Grenzen. Um weitere Leistungssteigerungen und trotzdem hohe Batterielaufzeiten zu gewährleisten, ist ein Umdenken im Aufbau heutiger Computerchips nötig.

Als eine vielversprechende Technologie erweisen sich hierbei reversible Schaltungen. Diese erlauben theoretisch Berechnungen mit minimalen Energieverbrauch erfordern dafür allerdings, dass alle Operationen umgekehrt werden können. Bereits für simple Operationen wie die Addition trifft dies nicht zu: So ist es zwar ohne Probleme möglich, die Summe von zwei Zahlen zu bilden. Umgekehrt aber zwei Summanden einer Summe zu berechnen führt zu mehreren möglichen Ergebnissen und ist damit nicht eindeutig. Soll die Energiewende im Mikrochip gelingen, ist daher ein Paradigmenwechsel in der Art und Weise nötig, wie solche Berechnungen durchgeführt werden sollen.

Die Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur unter Leitung von Professor Rolf Drechsler arbeitet bereits seit vielen Jahren an der Entwicklung entsprechender Modelle und Methoden, um diesen Paradigmenwechsel durchzuführen und damit alternative energiesparende Technologien zur Anwendung zu bringen. Seit Anfang 2013 erhalten sie dabei Unterstützung durch die Kooperation mit Kollegen der renommierten Purdue Universität aus den USA. Im Rahmen des von Dr. Robert Wille koordinierten Projektes, das durch den Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) für zwei Jahre gefördert wird, werden die technologischen Grundlagen dafür weiter verfeinert. Basierten reversible Schaltungen bisher eher auf theoretischen Modellen, sollen jetzt die technischen Grundlagen für einen Wechsel von konventionellen Schaltungen zu dieser neuen Technologie geschaffen werden.

Die 1869 gegründete Purdue Universität liegt in West Lafayette, Indiana. Mit über 40.000 Studierenden zählt sie zu den großen Universitäten der USA. In der Forschung belegt die Purdue Universität regelmäßig Spitzenpositionen. Laut dem Academic Ranking of World Universities rangiert sie derzeit in den Fächern Ingenieurswissenschaften und Informatik auf Platz 10 der besten Universitäten weltweit.