So, 19. November 2017

Für 3D-Computerchips

14.11.2013 10:59

Schweizer entwickeln elektronischen Blutkreislauf

Schweizer Wissenschaftler arbeiten an einem elektronischen Blutkreislauf nach Vorbild des menschlichen Gehirns, der neuartige 3D-Computerchips gleichzeitig kühlt und mit Energie versorgt. In Zukunft, so die Hoffnung der Wissenschaftler, sollen sich damit Supercomputer von der Größe eines gewöhnlichen PCs verwirklichen lassen.

Leistungsfähigere Computer der Zukunft sollen nicht mehr wie heute aus zwei-, sondern aus dreidimensionalen Chips bestehen. Mittels solcher Chip-Stapel ließe sich nicht nur die Grundfläche von Chips reduzieren, auch die Datenverbindungen würden verkürzt und die Bandbreite für die Datenübertragung um ein Vielfaches erhöht, erläutert die ETH Zürich.

Aktuell würden jedoch vor allem zwei Herausforderungen die Entwicklung von komplexen 3D-Chips erschweren: Zum einen würden solche Chips extrem heiß, und es sei schwierig, diese Hitze abzuführen. Zum anderen sei die Energiezufuhr über den Chipsockel mit herkömmlichen elektronischen Anschlüssen nicht ausreichend, um den Chip mit genügend Energie zu versorgen.

Elektronischer Blutkreislauf nach menschlichem Vorbild
Gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern aus der Schweiz und unter Leitung von IBM Research soll daher nun eine Möglichkeit gefunden werden, solche 3D-Chip-Stapel gleichzeitig zu kühlen und mit Energie zu versorgen. Inspirieren lassen sich die Wissenschaftler dabei vom Aufbau des menschlichen Gehirns, das von feinsten Gefäßen durchzogen ist, in denen zirkulierendes Blut sowohl kühlt als auch Energie an die Nervenzellen liefert. "Das Gehirn ist rund 10.000 Mal dichter und 10.000 Mal energieeffizienter als die besten heutigen Computer", so die ETH Zürich.

Verschmelzung von Computerchip und Batterie
Nachdem die Wissenschaftler in vorangegangenen Projekten bereits Erfahrung mit Systemen zur Kühlung von 3D-Computerchips, in denen Flüssigkeit in haarfeinen Strukturen durch die einzelnen Schichten des Chip-Stapels geleitet wird, sammeln konnten, wollen sie nun auch die Energieversorgung über diese Flüssigkeitsschichten realisieren: Statt Kühlflüssigkeit soll im "elektronischen Blutkreislauf" eine Elektrolytlösung durch den Chip-Stapel fließen.

Damit sollen Elektronen von einer zentralen Elektrode zu dezentralen Empfängerelektroden auf den einzelnen Schichten im 3D-Stapel gelangen. "Computerchip und Batterie verschmelzen so quasi zu einer Einheit", so die ETH Zürich.

Kompakte Supercomputer
Ultimatives Ziel des Projekts sei die Entwicklung eines Supercomputers in PC-Größe: Während heutige Supercomputer mit der Rechenleistung von einem PetaFLOPS (einer Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde) ein ganzes Schulzimmer füllten, solle die neue Technik dies in einem Volumen von zehn Litern ermöglichen. Um das zu erreichen, müssten die einzelnen Elemente des 3D-Chips – die Prozessorschichten, die Elektroden, Elektrolyte und die zwischen den einzelnen Schichten liegenden Membranen – optimiert werden.

"Wenn wir Wissen aus der Biologie mit unserer Expertise in Chiptechnologie verbinden, sind wir fähig, effiziente und leistungsfähige Computersysteme zu entwickeln, die das Beste aus Natur und Technologie in sich vereinen", sagte Michele Parinello, Professor für Computational Science an der ETH Zürich.

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