TurboKit
Das TurboKit von Schätzle + Bsteh war eine hochspezialisierte Hardware-Erweiterung für Schachcomputer (und teilweise auch für frühe PCs wie den Apple II), die darauf ausgelegt war, die Rechengeschwindigkeit massiv zu steigern.
In den 1980er-Jahren war die Spielstärke eines Schachcomputers direkt von seiner Geschwindigkeit abhängig: Je mehr Stellungen pro Sekunde der Prozessor berechnen konnte, desto tiefer konnte er in den „Suchbaum“ blicken und desto besser spielte er.
Mehr als nur einfaches „Übertakten“
Normalerweise erhöht man die Geschwindigkeit eines Computers, indem man den Taktquarz austauscht. Die damals verwendeten Prozessoren (meist der 8-Bit-Chip 6502) stießen jedoch schnell an ihre physikalischen Grenzen. Ein Standard-6502-Chip vertrug meist nur 2 bis 5 MHz.
Schätzle + Bsteh gingen einen anderen Weg: Sie bauten den Prozessor quasi mit extrem schnellen Logik-Bausteinen (ICs) nach. Das TurboKit war eine zusätzliche Platine (oft als „Sandwich-Bauweise“ auf die Hauptplatine gesetzt), die die Funktion der CPU übernahm, aber mit viel höheren Taktraten (bis zu 18 MHz) stabil arbeiten konnte.
Die Technik (Beispiel TK20 / MTK20)
Bauteile: Ein solches Kit bestand aus über 100 einzelnen elektronischen Komponenten.
Taktung: Während ein normaler Mephisto MM IV mit 5 MHz lief, katapultierte das TurboKit das Gerät auf 18 MHz. Das entsprach einer Vervierfachung der Rechenleistung.
Effekt: In der Praxis bedeutete das einen Zuwachs von etwa 100 bis 150 Elo-Punkten. Das war damals eine Weltwelt zwischen einem Hobby-Gerät und einem Profi-Schachcomputer.
Warum war das so populär?
In den 80er-Jahren gab es ein Wettrüsten unter Schachcomputer-Fans. Ein High-End-Gerät (wie die Mephisto Exclusive-Reihe) war extrem teuer. Durch den Einbau eines TurboKits konnten Besitzer eines günstigeren 8-Bit-Moduls die teuren 16-Bit- oder 32-Bit-Geräte der Konkurrenz schlagen.
Besonders legendär war der Mephisto MM IV Turbo: Durch das Kit von Schätzle + Bsteh wurde dieses eigentlich preiswerte Modul so stark, dass es zeitweise die SSDF-Weltrangliste anführte und sogar die offiziellen (und viel teureren) Spitzenmodelle des Herstellers Hegener & Glaser (Mephisto) in den Schatten stellte.
Optik und Einbau
Die TurboKits wurden oft als Umbausatz angeboten. Man schickte sein Modul ein oder kaufte ein bereits umgebautes. Äußerlich war meist nur ein kleiner Aufkleber (z. B. „Turbo 18 MHz“) oder ein zusätzlicher Schalter zu sehen, mit dem man zwischen dem Original-Takt und dem Turbo-Modus umschalten konnte (um z. B. Strom zu sparen oder bei offiziellen Turnieren mit Standard-Takt zu spielen).
Zusammenfassend: Das TurboKit war das ultimative „Tuning-Zubehör“ der Schachcomputer-Ära – vergleichbar mit einem Sportmotor, den man in ein Serienauto einbaut, um damit plötzlich Rennen zu gewinnen.
TurboKit TK20 von Schaetzle + Bsteh
(aus Computer Schach & Spiele / Heft 3 / Juni-Juli 1988 / Seiten 9-11)
Ein Schachprogramm spielt um so stärker, je schneller es läuft. Es liegt daher nahe, zu versuchen, die Geschwindigkeit des Prozessors mit technischen Mitteln zu erhöhen. In den 80er Jahren tat sich vor allem die Fa. Schaetzle + Bsteh auf diesem Gebiet hervor.
Verantwortlich für die Arbeitsgeschwindigkeit eines Schachcomputers ist der sogenannte Prozessortakt - er stellt quasi den Schrittmacher des Computerherzens dar. Gemessen wird die Taktfrequenz in Mega-Hertz (abgekürzt MHz), in "Millionen Impulsen pro Sekunde". Nun läßt sich aber leider die Taktfrequenz nicht beliebig steigern. Viele elektronische Bauelemente können nur Taktraten bis zu einer bestimmten Höhe verkraften, danach kommt es zu vermehrten Störungen und Ausfällen. So mancher Hobbybastler, der durch einfaches Austausches des Schwingquarzes versucht hat, seinem Schachcomputer auf die Beine zu helfen, kann davon ein Lied singen.
Eine Möglichkeit der Abhilfe besteht im "Selektieren" der Bauteile. Bauelemente mit gleicher Bezeichnung sind nicht immer völlig gleich. Bedingt durch den Herstellungsprozeß gibt es Abweichungen im Verhalten, die sogenannten "Toleranzen". Durch systematisches Austesten zahlreicher Prozessor-ICs lassen sich durchaus Exemplare finden, die eine höhere Taktfrequenz klaglos akzeptieren. Ein bis zwei MHz lassen sich auf diese Weise schon herauskitzeln. Allerdings steigt das Risiko einer plötzlichen Betriebsstörung drastisch an.
Außerdem bringen ein paar MHz mehr nicht allzuviel. Theoretiker haben errechnet, dass man im Mittelspiel etwa die sechsfache Zeit benötigt, um einen Halbzug tiefer rechnen zu können. Das gilt für reine Brute-Force-Programme. In der Praxis sieht es etwas günstiger aus, denn die meisten Programme sind Mischtypen mit selektiven Komponenten, und die profitieren schon eher von einer Frequenzerhöhung. Dennoch: Eine Vervielfachung der Frequenz sollte es schon sein. Das geht aber nicht mehr durch Selektieren allein, man muß sich schon etwas besonderes einfallen lassen. Und genau das taten zwei Elektronik-Spezialisten aus Filderstadt.
Zielsetzung der beiden war die Entwicklung eines superschnellen Prozessorsytems für Musikelektronik und Personalcomputer. Die Entwicklungen auf diesem Gebiet mündeten in einem Patent im Jahre 1984. Im gleichen Jahr war dann der "DC65" serienreif, eine Steckkarte für Applecomputer mit einem voll kompatiblen Hardwareprozessor mit 12,5 MHz. Gleichzeitig liefen die Entwicklungen auch für Schachcomputer, so dass ebenfalls 1984 eine CPU mit 15 MHz auf den Markt kam.
Die Ergebnisse waren so vielversprechend - 3- bis 4-fache Geschwindigkeit bringt bei einigen Geräten einen zusätzlichen Halbzug Rechentiefe -, dass nach und nach für alle 6502- und 65C02-Schachcomputer Turbokits angeboten wurden. Die Geschwindigkeit stieg sukzessiv bis auf 18 MHz, selektierte Versionen waren sogar mit 19 bis 20 MHz lieferbar.
So funktioniert der TK20
Das Herz des Gerätes besteht aus einem aufwendigen "Nachbau" des 6502-Prozessors mit etwa 100 (!) IC-Bausteinen. Da das Innere des Original-6502 praktisch unbekannt war, mußte das Verhalten der CPU nach außen nachgebildet werden. Mit unwesentlichen Unterschieden läuft jeder Befehl im TurboKit so ab wie im Original. Für das Programm ergibt sich daher keine Änderung in der Arbeitsweise.
Das Hauptkriterium bei der Entwicklung war maximale Geschwindigkeit. Bei der verwendeten Technik arbeitet die Elektronik bis ca. 18... 19 MHz stabil. Die Zeit für einen Prozessorzyklus beträgt bei 18 MHz etwa 55 Nanosekunden (Milliardstel Sekunden). Da in fast jedem Zyklus ein Speicherzugriff stattfindet, sind also sehr schnelle Speicherbausteine mit etwa 45 Nanosekunden Zugriffszeit notwendig. Ohne zusätzliche Maßnahmen müßten auch die Ein/Ausgabe-Bausteine und EPROMs des restlichen Schachcomputers ähnlich schnell sein.
Für solche Anforderungen ist die Elektronik der üblichen Schachcomputer jedoch nicht ausgelegt. Daher wurden alle geschwindigkeitsrelevanten Teile in einem eigenen Gehäuse zusammengefaßt und zusätzlich ein Lüfter eingebaut, damit das Gerät auch an heißen Sommertagen zuverlässig arbeitet. Die Verbindung zum Schachcomputer stellt ein 40poliges Kabel her, das einfach anstelle der CPU in deren Fassung eingesetzt wird.
Nach dem Einschalten des TurboKit läuft zunächst ein Start-Programm aus einem eingebauten EPROM ab. Dieses Programm transportiert die am meisten benötigten Teile des Schachprogramms in den schnellen Speicher des TurboKit. Die weniger benötigten Teile (z.B. Zugein- und ausgabe, Eröffnungsbibliothek, Abfrage der Bedienungstasten) verbleiben im Schachcomputer. Diese Einteilung ist ohne Geschwindigkeitseinbußen möglich und reduziert die Kosten für die schnellen Speicherbausteine auf das unbedingt Notwendige.
Durch diese Aufteilung bemerkt der Original-Schachcomputer von der hohen Geschwindigkeit nichts. Die nicht umgeladenen Programmteile laufen sogar langsamer ab als vorher, damit eine einwandfreie Datenübertragung zwischen TurboKit und Schachcomputer sichergestellt ist (z.B. genügen EPROMs mit 450 Nanosekunden Zugriffszeit). Auch die Zeiteinteilung des Schachprogramms wird durch die Geschwindigkeitserhöhung nicht beeinflußt. Die Taktfrequenz des Schachcomputers, von der die Zeitnahme abgeleitet wird, bleibt unverändert, da der TK20 eine eigene Taktversorgung besitzt.
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Multi TurboKit MTK20
Ein großer Vorteil des TK20 ist in seiner Variabilität zu sehen. So kann er jederzeit auf andere oder neue Geräte angepaßt werden. Für Besitzer von mehreren Schachcomputern gab es den Multi TurboKit MTK20, der wahlweise an verschiedene Modelle angeschlossen werden konnte. Hochgeschwindigkeitsfanatiker müssen also nicht für mehrere Computer verschiedene Turbokits anschaffen.
Eine weitere Innovation des Hauses Schaetzle+Bsteh war der integrierte Saitek Leonardo TurboKit Analyst, ein Schachcomputer, der sich in der Optik vom Seriengerät kaum zu unterscheiden war. Im Turbo Leonardo Analyst ist die gesamte Elektronik - CPU, Speicher, Netzteil, Spezialbelüftung - im Grundgerät integriert, so dass keinerlei Umbauarbeiten erforderlich sind. Das Gerät kostete in der 18 MHz-Version DM 2.498,-
68000 oder 6502 + TK20?
Der Prozessor 6502 gehört zur Generation der 8-Bit-Prozessoren. Daran ändert das Tuning nichts. Wird da nicht an veralteter Technik herumgebastelt und ist nicht der 16-Bit-Prozessor 68000 - der sich z.B. in vielen Geräten von Mephisto und Fidelity befindet - in jedem Falle leistungsfähiger?
Die folgende Tabelle verdeutlicht, dass die Taktfrequenz allein zur Beurteilung der Geschwindigkeit eines Prozessors nicht ausreicht, denn die Ausnutzung eines Taktes ist bei den verschiedenen Prozessoren sehr unterschiedlich. Während der 68000 im Schnitt 9 Taktzyklen für einen Befehl benötigt, kommt der 6502 mit 3 Zyklen aus (der 1802 aus dem alten Mephisto II benötigte 18 Taktimpulse). Wenn man nur die Taktfrequenz betrachtet, müßte der 1802 zwischen der Leistungsfähigkeit des 68000 und des 6502 liegen. Anhand der Befehlsrate, also der Anzahl von Befehlen pro Sekunde (million instructions per second), wird aber deutlich, dass der 1802 etwa 3,5 mal langsamer ist als die beiden anderen Prozessoren.
| Taktfrequenz | Prozessortyp | Taktimpulszahl | pro Befehl | Befehlsrate |
|---|---|---|---|---|
| min | mittel | |||
| 6,4 MHz | 1802 | 16 | 18 | 0,36 mips |
| 12 MHz | 68000 | 4 | 9 | 1,30 mips |
| 4 MHz | 6502 | 2 | 3 | 1,30 mips |
Der 68000 kann nun durch seinen 16-Bit-breiten Datenbus und dem damit verbundenen schnelleren Datentransfer zwischen CPU und Speicher wieder einiges wettmachen. Auch der größere Registersatz läßt sich vom Programmierer effizienzsteigernd einsetzen. Alles in allem könnte dieser Vorteil etwa mit dem Faktor 3 zu Buche schlagen. Das bedeutet aber auch, dass ein 12 MHz schneller 6502 dem 68000 geschwindigkeitsmäßig ebenbürtig wäre.
Hier muß unser kleines Rechenexempel enden, denn alles weitere bleibt den Programmierern überlassen. Ob sich die vielen mächtigen Befehle des 68000 sinnvoll für die Schachprogrammierung nutzen lassen oder der schmalere Befehlssatz des 6502 ausreicht, ist umstritten. Solange sich die Experten hier nicht einig sind, wird auch der 6502 noch eine Weile seine Daseinsberechtigung behalten.
Quellenangabe
C Computer Schach & Spiele / Heft 3 / Juni-Juli 1988 / Seiten 9-11
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