Recyclebares Mikrochip-Design: Wie Mikroprozessoren schnell und billig produzieren?

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Wie kann die Herstellung der sich rasant entwickelnden Mikrochips rationell gestaltet werden? Wie können auch die komplizierten Komponenten der Chips so beschrieben werden, daß ihre Funktion variabel ist und sie leicht wiederverwertet werden können? Antworten auf diese Fragen suchen der Informatiker Prof. Dr. Wolfgang Nebel und seine Arbeitsgruppe an der Universität Oldenburg. Das Forschungsprojekt, an dem auch die Deutsche Telekom AG, France Telecom, die spanische Telefonica, Italtel sowie weitere Forschungsinstitute und CAD-Anbieter beteiligt sind, ist Teil des ESPRIT-Programms der Europäischen Union.

Um zu verstehen, was die WissenschaftlerInnen des OFFIS-Instituts im einzelnen machen, muß man sich den Aufbau eines Computers genauer ansehen. Kernstück der heutigen Rechner ist der Mikroprozessor, eine ein bis zwei Zentimeter große Siliziumscheibe, auf der bis zu 10 Millionen Transistoren Platz haben. Die Transistoren sind die kleinsten Schalteinheiten des Computers, die rechnen und speichern können. Sie werden miteinander verbunden. Damit sie komplexe Funktionen erfüllen können, werden die Funktionen in eine Vielzahl von Ja/Nein-Entscheidungen zerlegt. Je mehr Transistoren, desto komplexer die Aufgaben, die der Computer lösen kann. Das neueste Modell der Intel-Prozessorserie, der Pentium II, der 1997 auf den Markt kam, besteht aus etwa 7,5 Millionen Transistoren. Beim ersten Mikroprozessor 1971 waren es gerade mal 2.300 Transistoren. Ein Ende oder auch nur eine Verlangsamung der Entwicklung auf diesem Sektor wird in den nächsten 15 Jahren nicht erwartet. Möglich wurde diese rasante Entwicklung durch eine weitgehende Automatisierung der arbeitsintensiven Entwurfsschritte und durch angepaßte Organisation des Entwicklungsablaufs.

Der Entwurf eines Mikroprozessors kann nur rationalisiert werden, wenn nicht jeder Transistor individuell entworfen werden muß. Einmal entwickelte Komponenten wiederzuverwenden, sprich Recycling, ist hier wichtig. Doch da die Probleme immer komplexer werden, werden es die recyclebaren Komponenten auch. Die Folge: Sie sind immer spezieller und können immer seltener wiederverwertet werden. Um dieses Dilemma zu lösen, müssen die Bausteine entweder extra für ein Recycling entwickelt werden oder sie müssen effizient an neue Anforderungen anpaßbar sein.

Hier setzt die Forschung des OFFIS-Instituts an. Das Institut entwickelt Entwurfsmethoden, die das Recycling komplexer Module fördern. Dabei werden vier Anforderungen an die Methoden gestellt: 1.) Sie müssen die Komponenten so beschreiben, daß ihre Funktion ohne Kenntnis des inneren Aufbaus zu verstehen ist. 2.) Die Komponenten müssen automatisch für bestimmte Zieltechnologien synthetisiert werden können. 3.) Die Komponenten müssen in flexibler Weise mit anderen Komponenten kommunizieren können. 4.) Die Funktion der Bausteine muß variabel sein, ohne Eigenschaften in unkontrollierter Weise zu verändern.

Für die Entwicklung der Mikrochips, also der Hardware, gibt es bereits Hardware-Beschreibungssprachen. Nicht nur dadurch ähnelt diese Entwicklung der der Software immer mehr. Diese Tatsache führte dazu, daß sich die ForscherInnen des OFFIS-Instituts an der Software orientieren konnten. Der neueste Trend in diesem Bereich ist die objektorientierte Programmierung. Diese wiederum erfüllt die oben genannten Anforderungen zum Entwurf komplexer Komponenten. Das Ergebnis wird die neue Hardware-Beschreibungssprache Objective VHDL sein. Erstes Resultat im Herbst dieses Jahres ist ein Programm, welches diese Sprache in die international standardisierte Sprache VHDL übersetzt.

Kontakt: Prof. Dr. Wolfgang Nebel, Technische Informatik, , Tel.: 0441/798-4519, Fax: 0441/798-2145,
e-mail: nebel@informatik.uni-oldenburg.de, Internet: http://babbage.informatik.uni-oldenburg.de/staff/Nebel.Wolfgang.html.