Automatisches Chipdesign Computer, die Computer bauen

Statt Jahren für das Design eines modernen Prozessors sollen künftig nur noch wenige Monate vergehen. Das schlagen US-Forscher in einer wissenschaftlichen Arbeit vor, die unter anderem von IBM und Intel finanziert wurde.

"Only the paranoid survive" - so lautet der Titel eines Buches von Intel-Mitbegründer Andy Grove. Getreu diesem Motto lässt sich die Chipbranche vor allem bei künftigen Produkten nur ungern in die Karten schauen. Wie lange die Entwicklung eines Prozessors wirklich dauert, verrät niemand so genau - ein bis zwei Jahre gelten aber als Mindestzeitraum. Das ist auch an Intels Tick-Tock-Strategie abzulesen, bei der eine vollständig neue Architektur nur alle zwei Jahre erscheint. Ähnlich lang sind auch die Entwicklungszeiträume von GPUs, AMDs Grafikabteilung arbeitet beispielsweise parallel an vier GPU-Designs.

In den vergangenen Jahren sind die Herausforderungen für die Ingenieure aber vielfältiger geworden als es viele Jahrzehnte lang üblich war. Die Produktzyklen der Endgeräte werden immer kürzer, zudem gilt es, recht unterschiedliche Bestandteile auf einem Chip zu vereinen. Bei PC-Prozessoren sind es CPU und GPU, die auf einem Die sitzen, bei Bausteinen für Handhelds kommen noch Funktechniken (mixed signal processing), Speicher und andere Komponenten hinzu.

Unterschiedliche Funktionen müssen auf ein Die

Diese technisch sehr verschiedenen Elemente auf einem Die zu vereinen, ist eine Kunst für sich. Dabei gibt es immer neue Ansätze, wie sie beispielsweise Texas Instruments mit seinem Konzept big.LITTLE und Nvidia mit seinem Ninja-Core verfolgen: Verschiedene Kerne mit genau umrissenen Aufgaben sind vor allem beim Stromsparen besser als viele gleichförmige Cores.

Da vor allem bei diesen Systems-on-a-Chip (SoC) die zu erledigenden Aufgaben die Bestandteile der gesamten Schaltung ohnehin schon vorgeben, will ein Forschungsprojekt der NCSU im US-Bundesstaat North Carolina den Designprozess stark beschleunigen. Die Chipentwickler legen zunächst die Architektur der einzelnen Kerne fest, und eine Software erstellt daraus die Schaltung.

In einer Beschreibung des Projekts sprechen die Forscher davon, dass von der Festlegung der Architektur bis zum Produktionsstart nur noch "wenige Monate" vergehen sollen. Dieser Prozess alleine dauert derzeit typischerweise ein Jahr. Dabei ist die Zeit vom sogenannten "tape out", der Übermittlung der Baupläne an eine Chipfabrik, bis zur Serienfertigung noch nicht eingerechnet.

Das Layout eines Chips erledigt Software

Die "synthesizable register-transfer-level design" genannte Methode soll nach Angaben der Wissenschaftler vor allem dafür sorgen, dass die Position der Schaltungsbestandteile auf dem Die automatisch berechnet wird. Bisher geben, wie bei Intels Ringbus bei Sandy Bridge und Ivy Bridge, die Eigenschaften der Architektur - wie hier der Bus - wesentlich die Position der Komponenten auf dem Die vor. Darum sollen sich die Chipdesigner künftig weniger kümmern müssen, meint Eric Rotenberg von der NCSU.

Helfen kann dabei auch, dass moderne Prozessoren ohnehin schon lange vor dem ersten Silizium in Software existieren. Die Eigenschaften einer Architektur werden in Rechenzentren als Emulation getestet. Die Beschreibung der Schaltung lässt sich dabei ständig verändern. Mit dem automatischen Layout des fertigen Chips könnte sich das als nützlich erweisen. Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse bei IEEE Micro veröffentlicht.