Design-Entscheidungen im Prozessor-Entwurf


Die Entwicklung von Mikroprozessoren wird sowohl durch die Entwicklungen in der Halbleitertechnik als auch auf Grund von immer neuen Anforderungen an Rechnersysteme vorangetrieben. Das Erzielen einer maximalen Rechenleistung stand dabei über lange Zeit im Mittelpunkt. Durch Änderungen des Anforderungsprofils, insbesondere beim Einsatz von Prozessoren in mobilen Geräten, sowie durch den ständig steigenden Designaufwand bei der Entwicklung von neuen Prozessoren gewinnen andere Entwurfsziele eine wachsende Bedeutung. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Reduzierung des Energieverbrauchs, die Möglichkeit, Prozessoren an die Anwendungsgebiete anzupassen, eine Kostenoptimierung und eine Verringerung des Aufwands für den Entwurf und das Testen von Prozessoren. Diese Anforderungen stehen teilweise untereinander im Widerspruch, so dass bei der Suche nach einer günstigen Gesamtlösung die Entscheidungen gegeneinander abgewogen oder neue Ansätze gesucht werden müssen, die diese Ziele vereinbaren.

Im Proseminar sollen die Grundlagen für derartige Designoptimierungen untersucht werden. Das Hauptaugenmerk liegt bewusst auf Techniken zur Verringerung der Energieaufnahme. Betrachtet werden sowohl Ansätze, die beim Entwurf von Prozessoren zur Anwendung kommen, als auch Techniken, die bei der Erstellung, Übersetzung und Optimierung von Programmen herangezogen werden, um ein Gesamtsystem gemäß den Anforderungen zu erstellen.

Die folgenden Punkte bilden das Gerüst für Themen, die im Proseminar behandelt werden:

  • Grundlegende Architekturentscheidungen (RISC- vs. CISC-Architekturen, Harvard- vs. Princeton-Architekturen)
  • Rechenwerke (Implementierungstechniken, Asynchronität, Sub-Word-Parallelität)
  • Optimierung von Verbindungspfaden auf Prozessoren (Taktverteilung, Busse)
  • Speichersysteme (Caches, Speicheraufteilung)
  • Steuerwerk (Latches, CMP-Architektur)

  • Vorkenntnisse:

    Das Proseminar richtet sich an Studierende der Informatik im Grundstudium (Diplom oder Lehramt an Gymnasien).

    Spezielle Vorkenntnisse sind nicht erforderlich. Kenntnisse auf den Gebieten Computertechnik und Rechnerarchitektur verringern den Aufwand für die Einarbeitung.