Mikroelektronik und Computer 1940-2010 Raúl Rojas Freie Universität Berlin

Überblick Über Geschichte und Prognosen Evolution der Rechnerarchitektur Technology Roadmaps Prognose für die nächsten zehn Jahre

“I think there is a world market for maybe five computers” Thomas Watson Senior, Chairman of IBM, 1943

Navy Delphi Panel Bernstein, 1969 “Some form of voice I/O will be in common use by 1978 at the latest! ... A computer will interpret simple spoken sentences by 1975” Navy Delphi Panel Bernstein, 1969 "Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons." Popular Mechanics

Vorhersagen Nichts ist schwieriger vorherzusagen als die Zukunft ! Jedoch kann die Geschichte Anhaltspunkte für eine Analyse bieten Technology push versus demand pull Netzwerkökonomien Inventing the future

Wie alles anfing ... USA ENIAC University of Pennsylvania 18,000 Vakuumröhren 1945

Wie alles anfing ... Deutschland Konrad Zuses „Z1“ erster programmierbarer Rechner der Welt ca. 2000 Relais 1936-1938

Perioden und Basistechnologie 60er Jahre: Ära der Mainframes 70er: Timesharing und Minicomputer 80er: Personal Computer 90er: Vernetzte Systeme Transistor Integrierte Schaltungen Mikroprozessor Telekom + Switching

60er: Die Ära der Mainframes 1964: System 360 1960: PDP-1

Mainframes: System 360 Aufhebung der Trennung zwischen wissenschaftlichen und kommerziellen Rechnern - Kompatibilität Familie von Rechnern mit Leistungsspektrum 1:100 ! (360, 370, 3090, usw.) Emulation der vorherigen Rechnerfamilien Killer application (tool): FORTRAN, COBOL

Elektronikmarkt (USA)

Komponenten pro Chip Moore Gesetz: Verdopplung alle 18 Monate Gigabit-Chip Moore Gesetz: Verdopplung alle 18 Monate 1994 1999 2004 2009

70er: Timesharing und der Minicomputer 1971: Die PDP-10 1971: Die PDP-11

Technology Push “There is no reason anyone would want a computer in their home” Ken Olsen President, Chairman and founder of Digital, 1977

Basistechnologie: VLSI chips

Linienbreite bei Speicherchips 1M 4M 16M 64 M Submikron-Bereich

80er: Personal-Computer technology push demand pull Apple I: 1976 IBM PC: 1981

Transistoren pro Mikroprozessor Pentium i80486 i80286 SU MIPS R3010 R4400 R10000 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Transistors i80x86 M68K MIPS Alpha 100 Mio 10 Mio 1 Mio 0,1 Mio 65 70 75 80 85 90 95 00 05

Die Logik des Marktes technology push IBM PC Lotus 1-2-3 demand pull Apple II VisiCalc demand pull „killer application“ demand pull

Technology push + Demand Pull Internet World Wide Web 100 Millionen Benutzer

Performanz - Verdopplung alle 18 Monate Year Performance 50 100 150 200 250 300 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 RISC Intel x86 35%/yr RISC introduction CS152 / 8/23/99 ©UCB Fall 1999 Lec1. 15

Die Intel-Familie Ein neuer Prozessor alle 2-3 Jahre ! 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Pentium III 10 M 1M 100K 10K Pentium II Pentium 80486 80386 80286 8086 8080 4004

Der Aufwand wächst exponentiell 1974 erster Mikroprozessor: 0.75 Personen/Jahr 1994: Pentium - 600 Personen/Jahr und 5 Mrd. Dollar Investition Intel zahlt die großen Investitionen aus dem Massenverkauf Der Massenmarkt festigt die Technologie und fördert die Monopolbildung

Konvergenz der Technologie

90er: Globale Vernetzung Viele inkrementelle Verbesserungen Paket-Vermittlung Local Area Networks TCP/IP Protokoll Konvergenz von Telekommunikation und Computertechnologie

Netzwerkökonomien (externalities) Der Gebrauchswert von Computern steigt von alleine ! Ein Toaster

Das schnelle Wachstum des Internet Weltbevölkerung 10000 1000 100 10 TVs & Telephone PCs “1 Gp in 2000” Negroponte Mill. Internetters ‘95 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04

Mein Modell Technology push - Ein Jahrzehnt zuvor Killer application bewirkt Massenmarkt (demand pull) Schnelle Entscheidung über Standards - Netzwerkökonomien fördern Monopolbildung Paradigmenwechsel

Die nächsten zehn Jahre

Es ist eine revolutionäre Zeit ... Prozessoren: 30% mehr Komponenten pro Jahr, Verdopplung der Geschwindigkeit alle 1,5 Jahre Speicher: 60% mehr Kapazität pro Jahr Kosten: 25% niedriger pro Jahr Festplatten: 60% mehr Kapazität pro Jahr K

Technology Roadmap Die Halbleiterproduzenten synchronisieren ihre Produktzyklen ! 1997 1999 2002 2005 2008 2011 2014 250 180 130 100 70 50 35 64 M 256M 1G 4G 16G 64G 256G 11 21 76 200 520 1400 3620 Linien- breite (nm) Speicher- chips Mikro- prozessoren (high volume, Mill. Transistoren) I

Wafer-Durchmesser (cm) 1997 1999 2001 2003 2006 2009 2012 20 30 30 30 30 45 45 M

Lithographie Noch keine technische Lösungen !

Die Kosten der Chip-Fabriken Die Kosten einer Chipfabrik verdoppeln sich alle 4 Jahre. Chipfabrik in Albuquerque: 2,7 Mrd. Dls. Chipfabrik in Phoenix: 2,5 Mrd. Dls. 10 Mrd Dls. in 2008?

Der Mikroprozessor der Zukunft High-end Bereich 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 % Intel Prozessoren IA-32 IA-64 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Die IA-64-Architektur 128 rotating integer Register 128 floating-point Register 8 branch Register 64 predicate Register Mit einem Pentium „dazu“ Superscalar - MMX - SIMD extensions Pipeline: 10 Stufen Cache Level L1, L2, L3

Festplatten 100 GB in 2005 (73 GB in 2000 !) 1 Terabyte in 2010 10 GB , Einstiegsmodell in 2001 Ein begnadeter Schriftsteller 3,5 GB in 70 Jahren (a 100 Byte/Zeichen) -- 1000 CDs -- 280 Stunden Video

Geräte und Anwendungen der Zukunft Inventing the Future Geräte und Anwendungen der Zukunft

Information appliances - Die Post-PC Ära Einfach zu bedienen Modular aufgebaut und geschlossen Killer application: wireless Web tablet Low-end photography Low-end video and TV

Web Tablet

Das Ricochet-Netz: 24h connectivity

Alles wird in Cyberspace sein Körper Kontinent Region/ Intranet Heim Campus Welt

Das Teledesic Netz - 2004 288 Satelliten in 12 Ebenen

Smart Cars - 53 Millionen jährlich GPS Stadt-Informationssysteme Sonar cruise control High end: Spracherkennung automatische Überwachung des Fahrers Nacht-Sehsysteme

Smart homes Mehrere vernetzte Flachbildschirme 24-Stunden Verbindung Webcam für Sicherheit Alle Dateien zugriffsbereit: Bilder, Dokumente, Videos, Briefe

Student der Zukunft wireless Kopf-Display 24h Web-Zugriff Intelligente Schuhe

Mein Fazit 10-jährige Paradigmenwechsel 3-jährige Zyklen der Basistechnologie 60er: Mainframes 70er: Timesharing - Minicomputer 80er: der isolierte PC 90er: Globale Netz Die physikalische Grenzen werden bis 2010 noch nicht erreicht 2000er: Wireless Computing

Ich sagte aber nichts über: Sicherheit und Kontrolle - Macht

Information overload

Müll und Recycling

Computer-Abhängigkeit