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Techniker im Portrait: Karsten Muuss

"Arbeit an den Grenzen des Universums"

Karsten Muuss hat sein Hobby zum Beruf gemacht: Er tüftelte schon immer gerne. Heute entwickelt er Software, die immer kleinere und leistungsfähigere Chips plant. Dazu arbeitet er von Bonn aus mit Kollegen in der ganzen Welt zusammen, um an einem "kleinen Stück der Zukunft mitzubauen". // Von Jonas Lorscheid

"Basteln und Dinge ans Laufen kriegen, das habe ich schon immer gerne gemacht." Karsten Muuss (48) sitzt an seinem Schreibtisch im Bonner Arithmeum, auf dem unter anderem ein aufgeschraubter Rechner liegt, an dem er momentan in seiner Freizeit bastelt. "Ich habe mein Hobby zum Beruf gemacht", sagt er zufrieden.

"Die Zukunft mitgestalten"

Sein Job ist es, Programme zu schreiben, die beim Hardwaredesign zum Einsatz kommen. Angestellt ist Muuss zwar in Böblingen, 370 Autokilometer von Bonn entfernt, doch die meiste Zeit arbeitet er entweder von Zuhause aus oder aus seinem Büro im Arithmeum. Sein Arbeitstag beginnt um neun Uhr mit dem Hochfahren seines Rechners. "Zuerst muss ich kontrollieren, ob irgendwer akute Probleme hat, bei denen er Hilfe braucht." Über die Woche verteilt nimmt Muuss an mehreren Meetings teil. Die Kommunikation zwischen den einzelnen Abteilungen, aber auch innerhalb der Abteilung ist ein wichtiger Bestandteil seines Arbeitsalltags, da jeder seiner Kollegen an anderen Teilgebieten eines Projekts arbeitet.

Viel Verantwortung

"Man darf natürlich über der ganzen Kommunikation nicht seine eigene Arbeit vergessen. Sonst sitzt man den ganzen Tag über in Meetings und spricht mit Leuten und ist am Abend keinen Schritt weiter." Ein zweischneidiges Schwert sei die freie Zeiteinteilung. Man müsse sehr darauf achten sich zu organisieren, so Muuss. "Ein Projekt scheitert nicht am Ende. Lässt man sich am Anfang zu viel Zeit, steht man am Ende unter zu großem Druck." Um in so einem Arbeitsumfeld bestehen zu können, sei es nötig sich ein dickes Fell zuzulegen. Was ihn jedoch dafür entschädige, sei das Gefühl an einem kleinen Stück der Zukunft mitzubauen. Damit Amerikaner, Inder, Chinesen und Europäer sich untereinander austauschen, können sie auf verschiedene Kanäle zurückgreifen. In eigenen Foren können die Mitarbeiter über aktuelle Probleme diskutieren. Videokonferenzen und Instant Messaging erlauben ihnen direkt miteinander zu kommunizieren.

Immer kleiner, immer enger

Mit dem technologischen Fortschritt sind die Mikrochips immer leistungsfähiger und kleiner geworden. Ihr Layout, das früher noch von Hand entworfen wurde, ist mittlerweile so kompliziert und kleinteilig, dass sich daraus ein ganzer Forschungszweig entwickelt hat. Die "Electronic Design Automation" (EDA) beschäftigt sich mit der computergestützten Konzeption von Prozessoren und anderen Rechnerkomponenten. "Das ist eine Methode, mit Computern Computer zu bauen.", erklärt Muuss. Vor allem bei Prozessoren werden die Schaltkreise auf den Bauelementen mit jeder Generation komplizierter. Bei der Entwicklungsarbeit stoße man mittlerweile an die physikalischen Grenzen des Universums. Aktuelle Prozessoren erreichen eine Taktfrequenz von fünf Gigahertz. Das bedeutet, dass der Übergang von einem Zustand in den nächsten innerhalb von 200 Picosekunden (= Billionster Teil einer Sekunde) stattfindet.

Chips immer effizienter gestalten

Um Chips so leistungsstark zu machen, müssen diese effizient angelegt werden. Die verschiedenen Bauelemente eines Chips sollten so platziert werden, dass die Teile, die oft miteinander kommunizieren, nah beieinander liegen. "Das ist im Prinzip wie in einem Großraumbüro. Dort möchte man ja auch, dass die Kollegen, die viel miteinander arbeiten, möglichst nah beisammen sitzen." Einzelne Verbindungen dürfen zudem nicht zu lang werden, da die Signalgeschwindigkeit auf dem Chip durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt ist. Der einzige Weg leistungsfähigere Chips zu bauen sei deshalb, immer kleinere Bauteile immer näher beieinander zu platzieren.

Muuss zu Chipproduktion

Lorscheid, 27.01.2014

Technologische Herausforderungen

Doch auch dort stoße man inzwischen an die Grenzen des Möglichen. Die dünnsten der Schichten auf dem Chip haben nur eine Dicke von fünf Atomen. Schon ein Atom mehr oder weniger entspricht deshalb einem Fehler von 20 Prozent. Die einzelnen Strukturen sind 14 Nanometer groß und werden mit Hilfe von Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 193 Nanometern hergestellt. "Stell dir vor, du müsstest die Umrandung eines Tennisplatzes mit einem weiß getünchten Wasserball nachziehen, ohne dabei von der dünnen Linie abzukommen", versucht Muuss die Größenverhältnisse bei der Produktion zu verdeutlichen. Auf einem Chip von der Größe eines Daumennagels sind so Verbindungsdrähte von einem bis zwei Kilometern Länge verlegt. Ein Teil von Karsten Muuss' Arbeit ist es Software zu schreiben, die dem Menschen diese Planungsarbeit abnimmt. Die verschiedenen Verbindungen auf dem Chip werden durch unterschiedliche Effekte beschränkt. So dürfen die Drähte nicht zu lange nebeneinander herlaufen, da sonst Interferenzen zwischen den Signalen entstehen. Um solche Effekte zu verhindern, seien automatische Routingprogramme vonnöten, die für einen gewissen Zufall bei der Verbindung der Bauteile sorgen.

"Ich habe viel Glück gehabt"

Als Karsten Muuss das erste Mal mit Computern in Berührung kam, ließen sich deren Bauteile noch von Hand zeichnen und löten. Mitte der achtziger Jahre half er beim Anschließen der ersten Rechner an seiner Schule. "Da war ich natürlich dabei, das fand ich schon immer spannend." Neben dem Abitur jobbte er bei einer Computerfirma, die Rechner reparierte. So konnte er praktische Erfahrung mit deren Innenleben sammeln. Nach zwei Semestern Mathematik wechselte er den Studiengang und studierte von 1986 bis 1994 Informatik. Um sein Studium zu finanzieren leistete er als studentische Hilfskraft Support für den IBM-Großrechner der volkswirtschaftlichen Fakultät der Universität. Aus der Zusammenarbeit der Universität Bonn mit IBM ging 1986 ein noch heute bestehender Kooperationsvertrag zur Forschung an Schaltkreisoptimierung hervor. Aus dem Fachbereich für Optimierungsprobleme gründete sich das Institut für diskrete Mathematik aus. Nach Abschluss seines Studiums war er dort als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig. 2001 wechselte er zu IBM, wo er seitdem Software programmiert. "Ich habe natürlich viel Glück gehabt. Ich war einer der letzten, die die Chance hatten zu wechseln, so etwas gab es danach sechs Jahre lang nicht mehr."

Muuss zu seinen beruflichen Perspektiven

Lorscheid, 27.01.2014

Optimierungsbedarf wird rasant steigen

Großes öffentliches Ansehen erntet er durch seinen Beruf zwar nicht, aber das sei ihm auch nicht wichtig. "Es steht natürlich niemand am Straßenrand und winkt dir zu, aber auf der anderen Seite arbeitest du an Produkten, die es vor zehn Jahren noch nicht gegeben hat." Den Studenten an seinem Institut rät Muuss, dass sie sich klar machen müssen, in welchen Anwendungsbereichen sie sich mit ihrem Studium der diskreten Mathematik einbringen können. "Es gibt unglaublich viele Bereiche, wo es noch ausreicht, einfach so über den Daumen gepeilt eine Lösung zu finden. Das wird sich in Zukunft aber ändern. Das Lösen von Optimierungsproblemen wird immer wichtiger werden." Die Prozessoptimierung beschäftige sich damit, vorhandene Ressourcen möglichst wirtschaftlich einzusetzen. Um zum Beispiel Leertransporte bei Containerschiffen, Mietwagen und Flugzeugen zu vermeiden werden Algorithmen eingesetzt, die denen in der Chipentwicklung sehr ähnlich sind. Denn auch hier gehe es darum, die effizienteste Lösung zu finden.

Jonas Lorscheid, Technikjournalismus, 3. Semester

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