Reversible Schaltkreise: Beim Computer der Zukunft die Nutzung neu denken

Wie sehen die Rechner von morgen aus? Die Forschung zu dieser Frage ist im vollen Gange. Wissenschaftler aus aller Welt treffen sich am 2. und 3. Juli 2010 in Bremen, um dieser Frage nachzugehen. Im Fokus des „2nd Workshop on Reversible Computation“ steht dabei, neuste Ergebnisse aus dem Bereich der reversiblen Schaltkreise zu präsentieren und sich über aktuelle Trends auszutauschen. Die Tagung wird von der Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur unter der Leitung von Professor Rolf Drechsler aus dem Studiengang Informatik der Universität Bremen ausgerichtet.

Auch wenn die Entwicklung immer leistungsfähigerer Rechner unaufhaltsam zu sein scheint, werden derzeitige Technologien in naher Zukunft an ihre Grenzen stoßen. Der Grund ist die stetig steigende Miniaturisierung. Füllten in den Pionierzeiten Rechenmaschinen noch ganze Räume, stand mit dem ersten Personal Computer eine kompakte und günstige Heimvariante zur Verfügung. Die ersten Notebooks ebneten schließlich den Weg für eine größere Mobilität. Heute sind Schaltungen in jedem Handy und mobile Computer lösen immer mehr den traditionellen Desktop-PC ab. Doch diese vermeintlich „ewig“ währende Entwicklung wird in naher Zukunft an ihre Grenzen stoßen. Insbesondere die beachtliche Hitzeentwicklung der immer kleiner werdenden Schaltungen macht den Entwicklern zu schaffen. Darüber hinaus lassen sich Computerchips nicht beliebig miniaturisieren. Spätestens wenn einzelne Komponenten die atomare Ebene erreichen, sind weitere Verbesserungen mit bisherigen Technologien nicht mehr machbar.

Es ist daher abzusehen, dass die Computer der Zukunft anders arbeiten müssen – Alternativen sind nötig. Seit einigen Jahren arbeiten Forscher daran, neue Wege zu ergründen. So genannte reversible Schaltkreise haben sich dabei als vielversprechende Alternative abgezeichnet. Bisher arbeiten Computerchips irreversibel, dass heißt Berechnungen lassen sich nicht umkehren. Unabhängig von der konkreten physikalischen Realisierung wird dabei Wärme abgegeben. Würde man im Gegensatz dazu die Berechnungen reversibel, dass heißt umkehrbar, durchführen, könnte Energie gespart und die Hitzeentwicklung reduziert werden. Dies ist insbesondere für Low-Power Systeme, wie sie in mobilen Geräten verwendet werden, sehr bedeutsam. Darüber hinaus bilden reversible Schaltungen auch die Grundlage für künftige Quantenrechner. Hierbei werden Eigenschaften der Quantenphysik für die Berechnung ausgenutzt. Anstatt die existierenden Technologien immer weiter zu verkleinern, versucht man also die Art und Weise, wie Berechnungen durchgeführt werden, zu verändern. Reversibilität scheint hier viele Möglichkeiten zu eröffnen.

Doch wie sollen solche Schaltungen konkret realisiert werden? Wie muss die dazugehörige Software definiert sein? Genau diese Fragen sollen auf dem Workshop diskutiert werden, für den Professor Rolf Drechsler als Program Chair und Dr. Robert Wille als lokaler Organisator verantwortlich zeichnen. Beide Wissenschaftler arbeiten im Rahmen eines Projektes, das von der der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert wird, bereits seit einigen Jahren in diesem aufkommenden Forschungsfeld. Darüber hinaus werden weitere Forscher aus ganz Europa, aber auch aus den USA, Kanada, Indien und Japan erwartet.

Weitere Informationen:

Universität Bremen
Fachbereich Mathematik / Informatik
Arbeitsgruppe Rechnerarchitektur
Prof. Dr. Rolf Drechsler
Dr. Robert Wille
Tel: 0421 218 63932/63947
E-Mail: drechsler@uni-bremen.de
E-Mail: rwille@informatik.uni-bremen.de