Farvel til frekvensen
Næste generation af processorer vil måske virke uden et ur, der angiver takten. Hvis det står til forskere i USA og Europa, kan vi godt vinke farvel til clockfrekvensen i processorer. Dermed kan man undgå forsinkelser internt i processoren, ydelsen stiger og strømforbruget falder.
I nutidens processorer styres data gennem processerne ved hjælp af en indbygget krystal, der angiver takten. Hvert sekund deles op i nogle millioner småbidder, og instruktioner og data sendes igennem processorer med en hastighed, der angives af takten. På de hurtigste Pentium 4-processorer svinger krystallen to milliarder gange i sekundet, lig med en frekvens på to gigahertz.
Hver delproces i processoren får en clockcyklus til at gøre arbejdet færdigt, før processen sendes videre. I løbet af denne cyklus har arbejdet bare at være færdig. Derfor er traditionelle processorer designet på en måde, så alle delprocesser bliver overstået i løbet af en takt, lige meget hvor hurtigt de reelt kan udføres. Det betyder, at chippens hastighed er tilpasset den langsomste delkomponent.
I taktløse processorer kan arbejdsopgaver sendes videre, så snart en delproces er udført. En hurtig komponent behøver ikke at vente på, at en langsom komponent bliver færdig. I stedet for at processorens hastighed er dikteret af den langsomste del, afhænger hastigheden af et gennemsnit af delprocesserne.
Taktløse eller asynkrone processorer er vel at mærke ikke science fiction. Ideen er omtrent lige så gammel som mikroprocessoren selv, og taktløse processorer har været en realitet siden 1989.
Spar på strømmen
Taktløse processorer er ikke bare hurtigere end processorer med en clockfrekvens. Med taktløse processorer kan man spare på strømmen, for der går ikke strøm til spilde ved at holde gang i uvirksomme kredsløb. Samtidig bruges der ikke ressourcer på at distribuere taktsignalet til alle dele af chippen. I en tid med fokus på mobilitet er strømforbruget alfa og omega. Forskere fra den hollandske elektronikgigant Philips har sammen med studerende fra universitet i Eindhoven designet chips, der kun bruger en tiendedel af den strøm, som tilsvarende synkrone chips sluger.
En anden fordel ved taktløse processorer kan være mindre elektronisk støj. Når de integrerede kredse skal følge en fast rytme, kan det give støj i systemet, fordi kredsløbene virker som små radiosendere. Det kan især give problemer, hvis processoren skal fungere tæt på en radiomodtager, for eksempel i en mobiltelefon. Problemet kan afhjælpes ved at bryde rytmen, idet man undgår resonans.
Det er dog ikke uden problemer at designe en asynkron processor. Idet der ikke er nogen dirigent, der svinger taktstokken, skal kredsløbene i processoren kommunikere på en ny måde. Man må have en måde, hvorpå den ene delproces meddeler, at den er færdig, så næste proces kan tage over. Det kan for eksempel være en særlig protokol, som benyttes kredsløbene imellem.
I fuld gang
Der forskes i asynkrone chips mange steder i verden. De moderne pionerer inden for denne gren af datalogien kommer fra Caltech, hvor den første taktløse mikroprocessor, en 16-bit RISC, blev fremstillet for 12 år siden. Forskernes arbejde er foreløbigt resulteret i et firma ved navn Asynchronous Digital Design, som er i fuld gang med at udvikle en superskalar asynkron processor kaldet Vortex.
Theseus er også i fuld gang med at udvikle teknologien, og chipgiganter som Intel, Sun og Motorola har længe brugt ressourcer på at forske i den nye type chips.
Danmark er såmænd også med på det taktløse landkort. I sommeren 1997 blev der faktisk afholdt et kursus i asynkron design på Danmarks Tekniske Universitet. Ellers foregår den helt store erfaringsudveksling på de årlige internationale ASYNC-konferencer, hvor den næste finder sted i England til april næste år.
