Volume 45, Issue 2

Zusammenfassung Die stetig wachsende Anforderung an Rechenleistung hat neben der Leistungssteigerung von Einzelsystemen auch zur Nutzung verteilter Ressourcen geführt. Im LAN-Bereich wird die Rechenaufgabe partitioniert und auf mehrere Workstations in einem Netzwerk verteilt (Cluster-Computing). Auf der Systemebene (SAN) werden einzelne spezialisierte Sub-Systeme auf einer Platine (board-to-board) oder in einem Raum (rack-to-rack) verbunden. Die Begrenzung verteilter Systeme ist nicht mehr durch die Rechenleistung, sondern durch die Übertragungsbandbreite und die Kommunikationslatenz gegeben. Es werden für die elektrische bzw. optische Übertragung stellvertretend zwei Systeme beschrieben, die breitbandige Verbindungen mit geringer Latenz ermöglichen und keine externe Steuerung bzw. Überwachung benötigen. Für die elektrische Übertragung ist dies die in Entwicklung befindliche Netzwerkkarte "ATOLL" (Atomic low Latency), die das gesamte Protokollmanagement einschließlich Fehlerkorrektur wie auch das Routing vollkommen autonom übernimmt. ATOLL bietet einen bidirektionalen 4×4-Kreuzschienenverteiler mit Übertragungsbandbreiten von bis zu 2 GByte/s. Als optisches Übertragungssystem für Board-to-Board- oder Rack-to-Rack-Anwendungen wird ein faserbasiertes Multiplex-Übertragungssystem vorgestellt. Die Multiplexfunktion wird rein passiv optisch realisiert; externe Steuersignale entfallen somit. Das System erlaubt die Übertragung von typischerweise 12 bis 16 logischen Kanälen durch eine einzige Faser und über Entfernungen von einigen cm bis zu einigen Metern mit akkumulierten Bandbreiten im Bereich von 1 THz×m. Es wird ein System mit mikrointegrierten optischen Modulen und Schnittstellen in Form von standardisierten Fasersteckern vorgestellt.

Zusammenfassung Für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt wurde eine optische Backplane, basierend auf Multimode-Polymerwellenleitern, entwickelt. Über die ursprünglich geplanten Anwendungen hinaus ergeben sich auch Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Telekommunikation. Die Modendispersion der Multimodewellenleiter kann für Übertragungslängen bis zu 1 m und Datenraten bis zu 10 Gbit/s vernachlässigt werden. Die Wellenleiter können mit einem sequenziellen Verfahren (Direktschreiben) auf großen Substraten (Aluminiumblechen, FR4 und andere) hergestellt werden. Verzweiger und Koppler lassen sich mit dem selben Verfahren herstellen. Die Wellenleiter haben eine geringe Dämpfung (0,04 dB/cm bei 850 nm) und hohe Temperaturstabilität (>250 °C). Als Sendeelemente werden Laserdioden mit Vertikalresonatoren (VCL, VCSEL) mit einer Wellenlänge von 850 nm verwendet. Die Wellenleiterquerschnitte liegen etwa im Bereich von 250μm×250μm bis 100μm×100μm. Datenraten bis zu 10 Gbit/s wurden erfolgreich bei einer Wellenleiterlänge von über 100 cm getestet. Für den Übergang zwischen Leiterkarten und Backplane wird eine Freiraumübertragung mit aufgeweitetem Strahl verwendet, wodurch große Justagetoleranzen erreicht werden. Der gesamte Verlust zwischen Sender und Empfänger liegt typischerweise zwischen 2 bis 8 dB, abhängig von der Wellenleiterlänge, Krümmungsradien und Zahl der Wellenleiterkreuzungen.

Zusammenfassung In diesem Beitrag wird die optische Aufbau -und Verbindungstechnik auf Leiterplatten als Schlüsseltechnologie für zukünftige elektronische Geräte vorgestellt. Neben verschiedenen Technologien zur Herstellung optischer Lagen mit integrierten optischen Wellenleitern werden der Entwurf elektrisch-optischer Leiterplatten und Verfahren zur entwurfsunterstützenden Modellierung und Simulation optischer Wellenleiter beschrieben.

Zusammenfassung Crossbar-Architekturen oder Kreuzschienenverteiler finden Anwendung in Vermittlungssystemen und Rechnerarchitekturen. In ihnen werden N Eingänge über eine 2D-Schaltmatrix mit M Ausgängen verknüpft. Für zunehmende Kanalzahlen ergeben sich Anforderungen an die Anzahl der erforderlichen Verbindungen, die eine 3D-Verbindungstechnologie auf der Grundlage der Freiraumoptik interessant erscheinen lassen. In diesen Fällen ist eine kompakte Realisierung erforderlich. Mit Hilfe der planar-integrierten Freiraumoptik können sehr kompakte und stabile Systeme aufgebaut werden. In diesem Artikel werden unterschiedliche optoelektronische Crossbar-Verbindungssysteme, welche auf dieser Technologie beruhen, anhand experimenteller Ergebnisse beschrieben.

Zusammenfassung Intelligente Sensorchips sind dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormatrix zusammen mit einem Signalprozessorkern auf einem Chip integriert wird. Solche Detektormatrix-Signalprozessor-Architekturen führen jedoch eine "unnatürliche" Parallel-Seriell-Wandlung durch, da ein paralleles Bild nach der Aufnahme seriell zu einem weitgehend seriell arbeitenden Signalprozessor zur Bildverarbeitung übertragen wird. Stattdessen wird in der hier vorgestellten Chip-Architektur das Bild sowohl parallel aufgenommen als auch parallel weiterverarbeitet, was zu einer wesentlichen Steigerung beim Durchsatz führt. Erreicht wird dies durch eine optoelektronische Feldrechner-Architektur, in der jedes Sensorelement mit einem lokalen Prozessorelement verbunden ist. Um die Größe eines einzelnen Prozessorelementes klein zu halten — was gleichbedeutend mit einer hohen Pixel-Auflösung ist — und dennoch eine Vielzahl von Operationen ausführen zu können, werden rekonfigurierbare Prozessorelemente angestrebt.

Zusammenfassung Dieser Beitrag beschreibt die virtuelle Maschine Gironimo, die in ihrem Programmiermodell dem der weit verbreiteten Pentium-Prozessoren von Intel entspricht. Die Architektur der realen Prozessorfamilie wurde jedoch nicht einfach in Gironimo übernommen, sondern modifiziert, um so eine effektive Emulation durch andere verbreitete reale Prozessoren zu ermöglichen. Neben dem Pentium wurden der PowerPC, der UltraSPARC IIi, der ARM u.a. berücksichtigt.

Zusammenfassung Vernetzte Systeme sind zu unverzichtbaren Bestandteilen unseres Umfelds geworden, zum Beispiel als Höchstleistungsrechner, als Kommunikations- und Informationssysteme oder als Planungs- und Steuerungskomponenten von Transport- und Produktionssystemen. Die ständig wachsende Komplexität solcher Systeme stellt Informatiker und Ingenieure vor immer neue Herausforderungen. In diesem Beitrag beschreibe ich die Zielsetzungen und die Struktur des SFB 376 Massive Parallelität: Algorithmen – Entwurfsmethoden – Anwendungen. Als Beispiel für unsere Arbeiten beschreibe ich einen algorithmisch orientierten Forschungszweig, in dem wir, ausgehend von theoretischen Problemen über effiziente Simulationen zwischen parallelen Rechenmodellen, Methoden, Techniken und Implementierungen entwickelt haben, die zu produktnahen Prototypen für die Speichervirtualisierung in verteilten Datenservern führen.

Zusammenfassung In der Dissertation wurde die Steuerungsarchitektur, die Regelungsalgorithmen und die erstmalige Anwendung eines interaktiv bedienbaren chirurgischen Robotersystems vorgestellt. Im Gegensatz zu anderen Anwendungsgebieten müssen chirurgische Robotersysteme mit einem Chirurgen kooperieren, anstatt eine Aufgabe automatisch auszuführen. Die vorgestellte Architektur ermöglicht die sichere gemeinsame Ausführung und ermöglicht die neuartige interaktive Führung des Roboters. Das System wurde zum exakten Bohren in der Kopfchirurgie klinisch eingesetzt.