Vor zehn Jahren hielt Prof. Dr. Heinz Werntges, Physiker an der Hochschule RheinMain, erstmals einen Vortrag über den Mikroprozessor. Nunmehr war es an der Zeit, sich mit der Weiterentwicklung dieses elektronischen Bauteils, welches heute in fast jedem komplexeren elektrischem Gerät eingebaut ist, zu beschäftigen.
Ursprünglich als reine „Rechenmaschine“ gedacht, wurden moderne Mikroprozessoren enorm weiterentwickelt und ihre Leistungsfähigkeit beeinflusst die Weltpolitik, wie sich am Ende des Abends zeigte. Heinz Werntges schilderte vor etwa 30 interessierten Zuhörern im Rahmen des aktuellen WiTechWi-Vortrags zunächst die Entstehungsgeschichte des Mikroprozessors. Erste Rechenmaschinen funktionierten rein mechanisch. Die nächste Generation hatte elektrische Relais zur Steuerung, die wiederum von Elektronenröhren ersetzt wurden.
Ein entscheidender Zeitraum waren die Jahre 1945 bis 1947, in denen der Transistor erfunden wurde. Dieses kleine Bauteil konnte mit deutlich geringerer Energie mehr Leistung erbringen, als die Elektronenröhre. Bei den Computern führte die Nutzung von Transistoren zu deutlicher Leistungssteigerung. Ende der 50er Jahre erkannte man, dass man mehrere Transistoren und ihre „Verdrahtung“ auf einen Chip aus Halbleitermaterial bringen konnte. Integrierte Schaltkreise (IC) waren erfunden.
Schon 1965 sagte Gordon Moore voraus, dass sich die Anzahl der Elemente eines IC jährlich verdoppelt. Diese, später „Mooresches Gesetzt“ genannte, Faustregel kann man bis heute zur Beschreibung der technischen Entwicklung hernehmen. Heute noch bekannte Firmen wie Texas Instruments oder Intel entstanden und bestimmten die Entwicklung der Technik. Die neuen Prozessoren, die inzwischen auch Elemente zu Datenspeicherung enthielten, ermöglichten die Entwicklung immer kleinerer und leistungsfähiger Computer.
Heinz Werntges gab einen Überblick über die Entwicklung von immer schnelleren Prozessoren, die verschiedenen technischen Ansätze zur Verbesserung ihrer Leistung und zur weiteren Miniaturisierung der Schaltungen. Waren auf einem Microchip 1970 schon 1.000 Transistoren, so gibt es inzwischen Mikroprozessoren mit fast 50 Milliarden Transistoren und außerdem zur effektiven Nutzung dieser Rechenpower benötigte Datenspeicher. Aber nicht nur die Anzahl der Transistoren ist entscheidend für optimale Leistung, sondern auch die „Architektur“ der Schaltung sowie die integrierten Datenspeicher.
Nach einem Ausflug in die Darstellung dieser Problematik sowie die Funktionsweise der Prozessoren konnte der Physiker zeigen, mit welchen Techniken moderne Computer mit modernen Mikroprozessoren ihre erstaunlichen Fähigkeiten erreichen. So war im Jahr 2010 ein damals moderner Prozessor eines Heimcomputers für 900 Dollar schon deutlich leistungsfähiger als ein Supercomputer im Jahr 1976, der damals 8,8 Millionen Dollar gekostet hat.Diese erstaunliche Entwicklung der Technik hat natürlich dazu geführt, dass, wie eingangs schon bemerkt, fast in jedem elektrischen Gerät Mikroprozessoren stecken. Von der Waschmaschine über das Auto bis zum Telefon sind die kleinen Chips im Einsatz. Sogar in Glühlampen, Lichtschaltern und Fahrrädern sind die Prozessoren verbaut. Mühelos könnte man weitere Geräte nennen, die ohne moderne Computerbauteile nicht mehr auskommen.
Die internationale Abhängigkeit von Produktionskapazitäten sowie die Verwundbarkeit von Handelswegen durch unterschiedliche Einflüsse (Krieg, Wirtschaftssanktionen, Pandemien) haben alle in jüngster Vergangenheit erleben können. Dringend notwendige strukturpolitische Maßnahmen seien schon überfällig. Auch dazu gab es fundierte Informationen von Heinz Werntges.
Zum Schluss wurde ein Überblick auf spektakuläre Entwicklungen der vergangenen zehn Jahre gegeben, die durch die beschriebenen technischen Fortschritte ermöglicht wurden. Hier seien stellvertretend künstliche Intelligenz und Quantencomputer genannt. Letzteres wird Thema des nächsten WiTechWi-Vortrags am 15. Februar wieder in der Albert-Einstein-Schule sein. red