Prozessorgeflüster Update

Von neugierigen Leuten und lauten Maschinen

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Das International Electron Devices Meeting (IEDM) in San Francisco gibt traditionell kurz vor Weihnachten einen Überblick über Fortschritte an der vordersten Front der Prozesstechnologie. Und auf dem Servermarkt bahnen sich interessante Neuerungen an.

Jedes Mal taucht auf dem IEDM auch die Frage auf, was es Neues zum Thema „Beyond CMOS“ gibt, also etwa bei den Nanoröhrchen oder beim Quantencomputing. Mit Quanteneffekten umgehen müssen aber zunehmend auch die noch klassisch mit CMOS planenden Firmen, etwa wenn sie wie das in Belgien beheimatete Forschungsinstitut Imec mit ihren Trigate-Transistoren bis hinunter auf nahezu atomar kleine 7 und 5 nm Strukturgrößen wollen. Okay, ein klein bisschen Luft nach unten gibt es noch, ein Siliziumatom besitzt einen Durchmesser von ungefähr 0,22 nm und hat im Gitter einen Abstand von 0,54 nm. Mit Zugabe von etwas Germanium lässt sich dieser Abstand vergrößern, was dann für eine höhere Beweglichkeit der Ladungsträger sorgt. Und genau hierfür hat Imec neue Germanium Quantentopf-Kanäle (Quantum-Well Channels) entwickelt.

Daneben hörte man von neuen Feldeffekt-Transistoren auf Basis von Indium und Galliumarsenid, wie sie Forscher der Pennsylvania State University zusammen mit dem National Institute of Standards and Technology und dem Halbleiterhersteller IQE entwickelt haben. Diese TFETs (Broken-Gap Tunnel Field Effect Transistor) nutzen direkt den Quantentunneleffekt. Sie benötigen energiesparend nur 0,5 Volt Spannung und erreichen bislang eine Grenzfrequenz von 19 GHz.

Auch von den Memristor-Speichern war nach längerer Zeit mal wieder was zu hören, etwa in Gestalt von RRAM (Resistive RAM). Vor ein paar Monaten hat das kalifornische Start-up Crossbar mutig Chips mit 1 Terabyte Kapazität und 20-mal so schnell wie Flash angekündigt. Stanford-Forscher zeigten auf dem IEDM jetzt immerhin erste funktionierende RRAM-Prototypen aus Titaniumnitrid und -oxid, Hafniumoxid und Platin. Chinesische Wissenschaftler haben aus Proteinen bipolare memresistive Nanospeicher gebastelt und auch Hewlett-Packard hat sich wieder zu Wort gemeldet. HP-Chefin Meg Whitman betonte auf dem HP-Discover-Event in Barcelona, wie wichtig für die Zukunft die beiden revolutionären Entwicklungen aus den HP-Labs seien: Photonics und Memristoren. Mit Ersteren habe man bis zu 6 TByte/s erzielt und Letztere sollen eines Tages alle anderen Speicher, sei es Flash oder DRAM, ersetzen – nur wann, das blieb offen. Allgemein rechnet man nicht vor 2018 mit ersten Produkten. Kann aber auch ein paar Jahre länger dauern.

Bis dahin hat man vielleicht schon Quantenrechner für zu Hause. Niemand anders als die hier schon mehrfach erwähnte australische Professorin Michelle Simmons gab auf dem IEDM einen optimistischen Ausblick. Dass das Rechnen mit Qubits so langsam gesellschaftsfähig wird, hat unlängst auch die britische Regierung deutlich gemacht, die dafür ein Forschungsprogramm in Höhe von immerhin 270 Millionen Pfund aufgelegt hat. Wahrscheinlich braucht das vor allem der umtriebige britische Geheimdienst GCHQ, um die Verschlüsselung der abgegriffenen Datenmassen schneller knacken zu können.

Neue Konkurrenz

Umtriebig nach geheimen Daten und Roadmaps hält auch „Nova“ Ausschau, der mit vollem Namen wie ein bekannter ehemaliger bosnischer Fußballspieler Nebošja Novaković heißt. Nova ist seit nunmehr zehn Jahren in Singapur zu Hause. Zuletzt veröffentlichte er in vr-zone.com Neuigkeiten zum Broadwell-EP für Intels Xeon-E5-Linie. Danach soll der in 14-nm-Technik gefertigte Server-Chip vermutlich im Herbst 2015 mit bis zu 18 Kernen und 45 MByte L3-Cache herauskommen. Wie der ein Jahr früher erwartete Haswell-EP-Prozessor (mit bis zu 14 Kernen und 35 MByte L3-Cache) soll er für vier DDR4-Speicherkanäle im Sockel R3 vorgesehen sein, allerdings mit DDR4-2400 etwas schneller als jener mit DDR4-2133.

Dank der größeren Anzahl von Kernen, des größeren L3-Caches und des schnelleren DDR4-Speichers soll der Durchsatz von SPECint_rate_2006 und SPECfp_rate_2006 beim 14-Kerner Haswell-EP etwa um 30 Prozent und beim 18-Kerner Broadwell-EP um 55 Prozent höher sein als beim schnellsten aktuellen Xeon E5-2697 mit 12 Kernen.

Mit der Geruhsamkeit mangels Konkurrenz auf dem Servermarkt könnte es für Intel aber bald vorbei sein. Das deutete sich schon mit der Gründung der OpenPower-Initiative rund um IBM, Nvidia und Mellanox an. Denn auch Google ist hier als einer der größten Intel-Kunden mit dabei. Ganz offensichtlich will Google in Zukunft bei der Hardware stärker mitreden. So hat sich Google jetzt auch noch eine Roboterfirma eingekauft. Und nach amerikanischen Medienberichten soll es Pläne geben, mit eigenen ARM-Prozessoren im Servermarkt einzugreifen – und schwupps, tags drauf stiegen die ARM-Aktien um fast sechs Prozent, wohingegen Intel drei Prozent einbüßte. Allerdings hat ARM-Pionier Calxeda jetzt aufgegeben. Gut drei Jahre, so schätzen Insider, würde Google für die Entwicklung eines eigenen Serverprozessors brauchen. Und ganz im Geheimen gehts zumindest im Silicon Valley nicht, man muss ja die Leute anwerben – erste Jobangebote für Chipdesigner wurden bereits gesichtet. Aber vielleicht plant ja Google insgeheim in Fernost – das herauszufinden wäre wieder ein Job für Nova … (as)

Auch das noch

Adi Shamir, einer der drei Schöpfer der RSA-Verschlüsselungstechnik und Träger des Turing-Preises, hat zusammen mit zwei Kollegen der Universität Tel Aviv ein neues Papier zum Thema akustische Kryptoanalyse veröffentlicht. Hierbei wird der Prozessor oder genauer gesagt der ganze Rechner mit einem Mikrofon belauscht. Aus dem Frequenzspektrum, das die Spulen und Kondensatoren insbesondere im Bereich von 10 bis 20 kHz absondern, kann man herausfinden, was die Prozessoren gerade so treiben. Läuft etwa GnuPG, dann lässt sich darüber bei Known Plaintext auch der RSA-Schlüssel abgreifen. Schon vor fast zehn Jahren hat Shamir unter „on nosy people and noisy machines“ über erste Erfolge der akustischen Attacken berichtet. Nun kann man sogar aus bis zu 4 Meter Entfernung und mit einfachen Handy-Mikrofonen die kompletten Schlüssel ermitteln. Alternativ lassen sich Notebooks auch ohne Mikro über eine DC-Poweranalyse belauschen. Wie man zum Beispiel Smart Cards vor solchen Attacken schützt, hat Shamir schon vor vielen Jahren vorgestellt. Die GnuPG-Macher wurden über die Angriffsmöglichkeit inzwischen informiert und haben umgehend geeignete Gegenmaßnahmen eingebaut.

Ergänzungen & Berichtigungen

Der Artikel entspricht dem Stand der gedruckten c't. Folgende Änderung hat sich seitdem ergeben:

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Und hier wird der Text der ErgBer hinterlegt.

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