Mikroelektronik und Computer

Präsentation zum Thema: "Mikroelektronik und Computer"—  Präsentation transkript:

1 Mikroelektronik und Computer 1940-2010
Raúl Rojas Freie Universität Berlin

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

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

4 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

5 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

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

7 Wie alles anfing ... Deutschland
Konrad Zuses „Z1“ erster programmierbarer Rechner der Welt ca Relais

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

9 60er: Die Ära der Mainframes
1964: System 360 1960: PDP-1

10 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

11 Elektronikmarkt (USA)

12 Komponenten pro Chip Moore Gesetz: Verdopplung alle 18 Monate
Gigabit-Chip Moore Gesetz: Verdopplung alle 18 Monate

13 70er: Timesharing und der Minicomputer
1971: Die PDP-10 1971: Die PDP-11

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

15 Basistechnologie: VLSI chips

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

17 80er: Personal-Computer
technology push demand pull Apple I: 1976 IBM PC: 1981

18 Transistoren pro Mikroprozessor
Pentium i80486 i80286 SU MIPS R3010 R4400 R10000 1000 10000 100000 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Transistors i80x86 M68K MIPS Alpha 100 Mio 10 Mio 1 Mio 0,1 Mio

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

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

21 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

22 Die Intel-Familie Ein neuer Prozessor alle 2-3 Jahre !
Pentium III 10 M 1M 100K 10K Pentium II Pentium 80486 80386 80286 8086 8080 4004

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

24 Konvergenz der Technologie

25 90er: Globale Vernetzung
Viele inkrementelle Verbesserungen Paket-Vermittlung Local Area Networks TCP/IP Protokoll Konvergenz von Telekommunikation und Computertechnologie

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

27 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

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

29 Die nächsten zehn Jahre

30 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

31 Technology Roadmap Die Halbleiterproduzenten synchronisieren ihre Produktzyklen ! 64 M 256M 1G 4G 16G 64G 256G Linien- breite (nm) Speicher- chips Mikro- prozessoren (high volume, Mill. Transistoren) I

32 Wafer-Durchmesser (cm)
M

33 Lithographie Noch keine technische Lösungen !

34 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?

35 Der Mikroprozessor der Zukunft
High-end Bereich 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 % Intel Prozessoren IA-32 IA-64

36 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

37 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) CDs Stunden Video

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

39 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

40 Web Tablet

41 Das Ricochet-Netz: 24h connectivity

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

43 Das Teledesic Netz 288 Satelliten in 12 Ebenen

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

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

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

47 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

48

49 Ich sagte aber nichts über:
Sicherheit und Kontrolle - Macht

50 Information overload

51 Müll und Recycling

52 Computer-Abhängigkeit