ARM Techcon 2011 CTO sieht Zukunft in heterogenen Architekturen

ARM-CTO Mike Muller freute sich über 90 Intel-Mitarbeiter, die dieses Jahr an der Techcon-Konferenz teilnahmen.
ARM-CTO Mike Muller freute sich über 90 Intel-Mitarbeiter, die dieses Jahr an der Techcon-Konferenz teilnahmen.

In seiner Keynote am letzten Tag der ARM-Entwicklerkonferenz stellte CTO Mike Muller seine Sicht auf die technologische Entwicklung in den nächsten 10 Jahren dar. Er sieht die Zukunft in heterogenen Architekturen, in denen Prozessoren unterschiedlichsten Typs auf einem SoC zusammenwirken.

Bevor Muller mit seinem Vortrag unter dem Stichwort „2020“ begann, hatte er die Lacher der geschätzten 500 Zuhörer auf seiner Seite: Er bedankte sich insbesondere bei 90 Intel-Mitarbeitern für ihre Teilnahme an der ARM-Konferenz.

Die große Herausforderung für die mobile Gesellschaft wird laut Muller auch in den nächsten 10 Jahren darin bestehen, dass die Entwicklung der Batterietechnik nicht mit Moores Law mithalten kann. Konkret weisen Batterien derzeit pro Jahr einen Kapazitäts-Zuwachs von 11 % auf.

Dazu hatte Muller einen netten Vergleich mitgebracht: Heute liefert eine 30 g schwere Batterie rund 4,5 Kcal an Energie. Zum Vergleich dazu stecken 255 Kcal in einem 49 g schweren Schokoriegel.

Da sich die Batterieentwicklung laut Mullers Erwartung auch in den nächsten 10 Jahren nicht wesentlich verbessern wird, rechnete er hoch, dass aus heute 5.700 mWh bis 2020 13.135 mWh bei gleichem Batteriegewicht und Formfaktor werden.

Für die Hersteller von Mobilgeräten bedeutet dies, dass das Energieverbrauchs-Budget bei einem 12-Stunden-Betrieb und einem Tag Gerätelaufzeit von 475 mW auf 1095 mW steigt, will man aber erst nach 3 Tagen nachladen von 159 mW auf 365 mW. Dies ist sehr wenig, wenn man die steigende Erwartungshaltung der Anwender hinsichtlich Rechen- und Grafikleistung betrachtet.

Apropos Grafikleistung: Hier sieht Muller eine durch das menschliche Auge gegebene natürliche Grenze bei 1080p und einer Auflösung von 550 DPI für Smartphones und bei 4K und einer Auflösung von 550 DPI für Tablets.

Uniprozessor-Systeme, wie sie heute zum Einsatz kommen, sind für diese Herausforderungen laut Muller nicht mehr geeignet, da die letzten Prozent Rechenleistung nur auf Kosten von extrem viel Energieeinsatz zu erreichen sind (Bilderstrecke).

Stattdessen werden sich heterogene Architekturen durchsetzen, bei denen jede Aufgabe von einem speziell für diese geeigneten Core ausgeführt wird. Einen Ansatz hat ARM ja bereits mit dem big.LITTLE-Prozessing geliefert, wo ein Cortex-A15-Prozessorcluster mit einem Cortex-A7-Cluster zusammengeführt wird und die Applikation je nach Rechenleistungsbedarf auf einem oder dem anderen Cluster ausgeführt wird.

Auch auf die Entwicklung anderer Technologien ging Muller ein. Bei den drahtlosen Übertragungstechniken sieht er den größten Spielraum bis 2020 in der Weiterentwicklung der Topologien, d.h. der Verbesserung des Basisstations-Netzwerks. Hier sollen gegenüber heute Verbesserungen von Faktor 100 möglich sein.

Optimierte Technologien, d.h. der Versuch, mehr Bits pro Hz in einem HF-Spektrum zu übertragen, führen dagegen wohl nur zu einer Verbesserung um Faktor 5, getrieben sind diese vor allen Dingen durch MIMO-Technologien.

Wenig Innovation erwartet Muller bei den DRAM- und Flash-Speichern: Während sich bedingt durch Moores Law, Dichte und Schnittstellen-Takt alle 2 Jahre verdoppeln, bleibt die Core-Frequenz nach wie vor bei rund 200 MHz. Die Entwicklungen werden daher nach seiner Ansicht vor allen Dingen getrieben durch mehr GByte pro Euro und höhere Übertragungsraten in GByte/s. Daneben werden auch 3D-Stacking-Technologien zum Einsatz kommen, um den I/O-Energieverbrauch zu senken.

Aber auch in die Vergangenheit blickte Muller zurück: 1985 wurde der erste ARM-Prozessor in einem 3µm-Prozess hergestellt. Dieser enthielt 6.000 Gatter und belegte 7x7 mm Silizium. Heute bringt ein in 40 nm gefertigtes Cortex-A9-SoC 100 Millionen Gatter auf einer Fläche von 7,4 x 6,9 mm unter. Für 2020 erwartet Muller eine Cortex-M3-Implementierung in einem 3D-IC mit 16 Schichten, die nur noch die Größe einer Blutzelle aufweist.

Am Ende seines Vortrages kündigte Muller noch ARMs erste 64-bit-Architektur mit der Bezeichnung ARMv8 an. Diese wird voll abwärtskompatibel zur 32-bit-Architektur ARMv7 sein. Erste System-Prototypen erwartet Muller ab 2014, die Entwicklungspartner können jedoch bereits 2012 mit der Entwicklung von Tools und Silizium beginnen, da die vollständige Spezifikation bereits jetzt vorliegt.