Das mit dem Arithmeum verbundene Forschungsinstitut für Diskrete Mathematik arbeitet seit mehr als 30 Jahren an Methoden und Algorithmen zum Entwurf hochkomplexer Chips und Mikroprozessoren. Das Forschungsinstitut ist bei Mathematik und Algorithmen des Chipdesigns Weltspitze. Die Ausstellung im Bonner Arithmeum, dem Museum zum "Rechnen einst und heute", zeigt Designbilder der Entwürfe der Platzierung und Verdrahtung, mikroskopische Aufnahmen sowie Hardware dieser Chips. Mehr als 200 zum Teil großformatige Designbilder und Mikrophotos zeigen die Ästhetik des Chipentwurfs und der produzierten Chips.
BonnTools
Mit den im Forschungsinstitut entwickelten "BonnTools" sind bisher weltweit mehr als 3000 Chips entworfen worden, darunter der Chip, gegen den Kasparow im Schach verloren hat, der Systemcontroller des Apple G5, der seinerzeit von Steve Jobs als schnellster PC der Welt vorgestellt wurde. Außerdem zählt dazu der Prozessor-Chip P9 von SUMMIT, dem derzeit schnellsten Rechner der Welt. Wie schnell ist SUMMIT? 200 Billiarden (Gleitkomma-)Operationen pro Sekunde, eine 18stellige Zahl. Wie kann man sich das vorstellen? Wenn jeder Mensch auf der Erde (einschließlich Babys) pro Sekunde eine Rechenoperation ausführen würde, dann bräuchte die gesamte Weltbevölkerung 305 Tage, also fast ein Jahr, um so viel zu berechnen wie SUMMIT in einer Sekunde.
Besucher können durch den Chip fliegen
Flug durch den Chip Den "Flug durch den Chip" ermöglicht eine Virtual-Reality-Brille: so können sich die Besucher durch den Mikrokosmos eines Chips bewegen und die Komplexität der Strukturen hautnah erfahren und bestaunen.
Ein moderner Hochleistungschip hat auf einem Siliziumplättchen von ein bis vier Zentimeter bis zu 30 Milliarden Transistoren und in einem dreidimensionalen Gitter mit mehr als zehn Lagen existieren Millionen von Verdrahtungsnetzen mit einer Gesamtlänge von mehreren Kilometern. Die Taktfrequenz kann bis zu 5,4 Gigahertz betragen, was einer Zykluszeit von 185 Pikosekunden entspricht. Eine Pikosekunde ist der 100 Milliardste Teil einer Sekunde. Die Licht- bzw. Elektronengeschwindigkeit von 300.000 km / Sekunde, die üblicherweise nur im Makrokosmos, beispielsweise bei astronomischen Fragestellungen eine Rolle spielt, ist hier im Mikrokosmos eines Chips schon von Bedeutung. In 10 Pikosekunden legen Elektronen einen Weg von 3 Milimeter zurück, was bei einem Chip von ein bis zwei Zentimeter Kantenlänge wesentlich ist.
Milliarden kleinster Legosteine müssen auf einer Chipfläche so groß wie ein Fingernagel disjunkt, also von einander getrennt, platziert werden müssen. Ein Legostein spricht über ein Netz mit mehreren anderen, die wieder mit anderen sprechen. Auf einem Chip können das Milliarden Netze sein, die ebenfalls in einem dreidimensionalen Gitter disjunkt verlegt werden müssen. Hierbei müssen verschiedene Nebenbedingungen beachtet werden, darunter Zeitverhalten, Überlastungen, Elektronenmigration und eine Vielzahl fertigungstechnischer Bedingungen. Einige Algorithmen: Netwerkflussalgorithmen, Matchings, Integer Programming und Resource Sharing.
In der Ausstellung werden einige dieser Themen für den Laien spielerisch aufbereitet, wodurch sich mathematisches Verständnis und ästhetischer Genuss verbinden können.
Die Kronjuwelen aus der IBM-Rechenmaschinen-Sammlung
Anlässlich der Feier des runden Geburtstages stellt eine weitere Sonderausstellung 15 Kronjuwelen aus der Rechenmaschinen-Sammlung der IBM (USA) vor, die dem Arithmeum als Dauerleihgaben zur Verfügung gestellt wurden. Sie werden zum ersten Mal öffentlich präsentiert. Zur Ausstellung gehört auch die älteste erhaltene Rechenmaschine von Blaise Pascal (1623-1662) sowie die größte mechanische Rechenmaschine, das 30-stellige Piano Arithmomètre von Charles Xavier Thomas (1785-1870), das er für die Weltausstellung 1855 herstellte. Obwohl "nur" mechanisch konnte diese Maschine Ergebnisse bis zu einer Quintillion (1030) berechnen.
Festakt mit Ministerpräsident Laschet
Zum Festakt begrüßt der Direktor des Forschungsinstituts für Diskrete Mathematik, Professor Dr. Dr. h.c. Bernhard Korte. Es gratulieren zum runden Geburtstag der Ministerpräsident des Landes Nordrhein-Westfalen, Armin Laschet, der Rektor der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Professor Dr. Dr. h.c. Michael Hoch, der Oberbürgermeister der Bundesstadt Bonn, Ashok-Alexander Sridharan, und Dr. Leon Stok, Vice President der IBM, USA. Die Direktorin des Arithmeums, Professor Dr. Ina Prinz gibt eine kurze Einführung in die Ausstellung.
Fototermin
Die Gelegenheit für Fotos besteht am 02.12.2019, von 16.15 bis 16.30 Uhr in der Ausstellung im Arithmeum.
Fotos der Ausstellungsbilder und -exponate
können hier heruntergeladen werden:
www.arithmeum.uni-bonn.de/pressefotos; das Passwort lautet: Arithmeum
Für alle Interessierten zugänglich ist die Ausstellung zum Dies academicus
ab 04. Dezember 2019 und läuft bis Oktober 2020.
Führungen finden am Dies academicus (04. Dezember) durch die Chip-Ausstellung um 11.00 Uhr und um 15.00 Uhr statt; eine Führung durch die Rechenmaschinen-Ausstellung findet um 16.30 Uhr statt.
Kontakt
Professor Dr. Ina Prinz, Direktorin,
Arithmeum, Lennéstraße 2, 53113 Bonn,
Tel.: 0228-73-8770, E-Mail: dm@or.uni-bonn.de
