Der neue Superchip beherbergt auf einer Fläche, die nicht größer als eine Briefmarke ist, insgesamt 48 Kerne. Zum Vergleich: Die schnellsten, besten und teuersten Chips, die Hersteller wie Intel oder AMD zur Verwendung in Notebooks oder PCs produzieren, haben derzeit vier Kerne und im kommenden Jahr erscheinen neue PC-Prozessoren mit bis zu acht Kernen.

Der „Single-Chip Cloud Computer“ (SCC), wie Intel den Chip nennt, ist zu bislang unerreichten Rechenleistungen fähig, auf kleinstem Raum. Die zehn- bis zwanzigfache Leistung heutiger Spitzen-Prozessoren ist angesagt, bei gleichem Energieverbrauch. Der SCC benötigt zwischen 25 und 125 Watt - abhängig davon, wie viel Rechenleistung man ihm abverlangt. Das entspricht zwei Haushaltsglühbirnen oder einem heutigen Prozessor, der allerdings bedeutend weniger leistet.

Die typischen Kandidaten für immer mehr Rechenleistung sind Wettersimulationen, CAD-Softwareprogramme, 3D-Berechnungen in Filmen oder Spielen und natürlich die physikalische Grundlagenforschung. Einige weniger typische Kandidaten dürfen zu diesem Anlass jedoch ebenfalls wieder aus ihrem Schrank. Das 3D-Internet, das über die Jahre an immer anderen Hindernissen scheiterte, wird derzeit von Intel stark gefördert. Modefirmen sehen schon jetzt das Potenzial rundum betrachtbarer Produkte. Auch die rechenintensive Künstliche Intelligenz wird für den Alltag wieder relevanter. Oder es könnte ganz neue Benutzerschnittstellen geben.

Intel schlägt etwa vor, ein intelligentes Kamerasystem mit 3D-Modeangeboten zu verbinden, sodass sich der Kunde an seinem Rechner in Echtzeit berechnet betrachten könnte. Oder die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine: Derart leistungsfähige Computer könnten über Kameras die Bewegungen des Nutzers sehen, verstehen und darauf reagieren. Oder sie könnten gleich Gehirnstrommuster auswerten, sodass ein Diktat in der Stille des eigenen Bewusstseins stattfinden könnte statt wie heute per Spracherkennung. Ähnliches gilt für die Finanzen. In naher Zukunft könnten Haushalts-PCs mit der entsprechenden Software ebenso umfangreiche wie tiefgehende Börsenanalysen allein erledigen.

Der Einwand „braucht keiner“ fällt bei einem technischen Sprung dennoch gerne. Bei PCs lechzen zumindest die Zocker immer nach noch mehr Leistung. „Aber auch der normale Nutzer wird langfristig wie selbstverständlich enorme Rechenleistungsreserven am Schreibtisch stehen haben“, sagt Andreas Stiller, Prozessorenexperte beim Computermagazin c't.

„Die an den Computer angeschlossenen Geräte werden sich der gebotenen Leistung anpassen, die Anwendungen ebenfalls. Was ein Chip wie der SCC leistet, war früher den Supercomputern vorbehalten. Was man nicht vergessen sollte, ist daher: Der Computer, der heute auf jedem Schreibtisch steht, ja sogar der kleine Rechner, der im Handy die HiFi-Klingelmelodie abspielt, gehörte vor nicht allzu langer Zeit noch zur Domäne der Supercomputer."

Die Entwicklung von Mehrkern-Prozessoren mit aktuell vier, demnächst sechs oder acht Kernen steuert seit Jahren auf eine technische Grenze zu, die bald erreicht wird. Diese Grenze und damit das größte Hindernis zu leistungsfähigeren Chips konventioneller Bauart besteht darin, dass sich Taktung in Hertz nicht mehr viel weiter erhöhen lässt, da der Stromverbrauch dabei exorbitant anstiege. Die Verluste wären einfach zu groß.

Andererseits lassen sich die bislang üblichen Prozessor-Chips nicht beliebig mit weiteren Kernen bevölkern. Das Problem dabei sind die schnellen Zwischenspeicher (Cache), die praktisch jeder moderne Prozessor verwendet, damit ihn der langsamere Hauptspeicher (RAM) nicht ausbremst.

Ein Cache ist also so etwas wie ein schnell verwendbarer Notizzettel am Arbeitsplatz des Prozessorkerns. Wenn er allein ist – kein Problem. Kommen weitere Kollegen- Kerne hinzu, wird es komplizierter. Dann entsteht Abstimmungsbedarf. Denn der eine Kern könnte die Daten im Hauptspeicher, mit denen der andere Kern gerade rechnet, in der Zwischenzeit verändert haben, was alles zunichte macht. Die Kerne müssen sich also arbeitsteilig aufs Exakteste absprechen, damit am Ende etwas Vernünftiges herauskommt. Diese minutiöse Koordination untereinander funktioniert aber mit steigender Mitarbeiterzahl immer schlechter. Zwei, drei, vier, sechs, acht Mitglieder sind auch im Computer ein Team. Mehr sind ein Arbeitshindernis.

Der Verständigungsbedarf, wer was wann erledigt, erreicht irgendwann Ausmaße, die den Leistungszugewinn vernichten. Beim Computer können einige Operationen dann gar um das 1000-fache länger dauern. Auch das kennt jeder Angestellte einer größeren Firma.

Der neue Single-Chip Cloud Computer hat dieses aufwendig und festverdrahtet geordnete Chaos überwunden. Er arbeitet nach einem völlig anderen Prinzip. Es ist dasselbe wie in Rechenzentren. Dort stehen viele Rechner, die über ein schnelles Netzwerk miteinander verbunden sind und an einer Gesamtaufgabe arbeiten. In dieser Gemeinschaft spricht sich kein Rechner für jeden Piep mit jedem anderen Rechner ab. Er beschäftigt sich nur mit dem Problem, das ihm zugeteilt ist und nutzt dafür die ihm zugeteilten Mittel. Dadurch entsteht eine viel höhere Eigenregie, bei der dann in großen Teams viel mehr herauskommt.

Dabei spielt nicht einmal das Betriebssystem eine Rolle

Der eine Rechner könnte mit Windows arbeiten, der Nachbar-Computer mit Linux, ein anderer mit dem Apple-Betriebssystem MacOS X. Der SCC setzt das Prinzip auf einem Chip um, sodass auch dort jeder Kern ein eigenes Betriebssystem fahren könnte.

Was bei einem Teilnehmer dann im Cache, auf seinem Notizzettel steht, interessiert die anderen dann nicht mehr. Hauptsache, das Ergebnis stimmt. Man versucht also, jeden Einzelnen so viel wie möglich in Ruhe arbeiten zu lassen, indem er so wenig wie möglich absprechen muss. Mit dieser Organisationsmethode fahren wissenschaftliche Hochleistungs-Rechnerverbünde seit langem gut. Allerdings verlangt diese Methode den Programmierern einiges ab und auch das ist übertragbar auf den SCC. Denn diese Flexibilität will erst einmal organisiert sein.

Diese Organisation der Hauptspeicherzugriffe über Caches ist bei den heute gängigen Chips durch die Konstruktion der Hardware festgelegt. Beim neuen SCC-Chip wird sich darum eine Software und damit der Programmierer kümmern müssen. Die Kerne, die Intel in den SCC-Chip eingebaut hat, sind im Prinzip x86-Prozessoren. Es sind dieselben, die auch in den millionenfach verwendeten, aktuellen Intel Dual-Core-Chips arbeiten. Und das ist die eigentliche Sensation.

Denn der Aufbau und die Arbeitsweise dieser Prozessorkerne sind altbekannt. Die Software-Entwicklungen der vergangenen Jahre fand für Heimgeräte hauptsächlich für x86 statt. Selbst die neuen Macs laufen auf Intel-Hardware. Das alles kann der SCC nutzen. Das macht die Entwicklung der neuen Software für den SCC zwar nicht zum Kinderspiel, erleichtert die Sache aber enorm. Denn viele Spezialprozessoren auf einem Chip als Rechenwolke zu verschalten, ist bereits Realität.

So gibt es außer Intel noch die kalifornische Startup-Firma Tilera, die eigene 64-Kern-Chips für Hochleistungsanwendungen wie etwa Multimediaberechnungen bereits verkauft und demnächst einen 100-Kerner anbieten will. Nur müssen für Tileras Prozessoren spezielle Software und angepasste Betriebssysteme entwickelt werden, die wenig mit Bestehendem zu tun haben.

Dem SCC steht dagegen mit seinen 48 vollwertigen x86-Prozessoren die ganze Endverbraucherwelt offen – mit einem Vielfachen des Leistungsvermögens heutiger Prozessoren bei dennoch fast gleichem Grundaufbau der Einzelkerne. Intel erfindet das Rad nicht neu, sondern baut einfach ein paar mehr Räder dran.

Erfreulich ist an dem neuen Verfahren außerdem, dass es keine absehbaren Grenzen für die Kernanzahl gibt. Erfahrungen aus Rechenzentren zeigen, dass selbst mehrere tausend Kerne noch Sinn machen. Zudem kann der neue Chip auch mit geringem Stromverbrauch punkten, was vor allem für mobile Geräte wichtig ist, die mit der Energie einer Akkuladung auskommen müssen. Und das Energieproblem wird für die Elektronik immer relevanter.

Aktuell gibt es zahlreiche Stimmen, die die Klimabilanz des Flugverkehrs kritisieren. Was dabei gern vergessen wird: Unsere Arbeits- und Unterhaltungselektronik trägt mit fast derselben Größe zur Gesamtbilanz bei.

Intel will vom SCC zunächst einmal nur wenige hundert Stück herstellen, für internationale Forschungseinrichtungen. Dabei sollen Stärken wie Schwächen des Chips zum Vorschein kommen. Einen dieser Chips hat die Eidgenössische technische Hochschule (ETH) in Zürich erhalten. Denn die ETH Zürich beschäftigt sich mit dem Projekt Barrelfish, einem Betriebssystem für Clusterchips wie der SCC. Die ETH kooperiert dabei mit Microsoft Research Cambridge. Das Interesse von Microsoft kommt nicht von ungefähr.

Cluster-Chips wie der SCC sind die derzeit beste Lösung für aktuelle Prozessorprobleme. Es könnte daher gut sein, dass wir in Zukunft ein angepasstes „Windows for Clustergroups“ sehen werden.