Das waren noch Zeiten, als HAL in Stanley Kubricks Kultfilm «Space Odyssey» den Supercomputer modelte. Grosse Säle mit vielen Kästen, die Kästen vorne mit Reihen von Blinklichtern wie Ordensbänder auf Uniformjacken; und in anderen Sälen ebensogrosse Kästen mit Tonbandspulen, die sich vor- und rückwärts drehten, emsig, willig, immer wieder. Das machte auch klar, dass die Maschine dem Menschen untertan sein sollte. (Dass HAL ein niederträchtiger Bursche war, auf jeden Fall ein Opfer der Schundliteratur, ein mieser Charakter, welcher der Besatzung des Raumschiffs an die Gurgel wollte, tut seiner Grossartigkeit keinen Abbruch.)

Heute sind Computer kleine graue Kisten, eher unansehnlich. Nichts mehr von der kathedralenähnlichen Ausstrahlung einer guten alten VAX. Und was das Schlimmste ist: Sie tun auch nichts mehr. Da blinkt kein Lebenszeichen mehr und dreht sich nichts mehr.

Tempi passati – man darf die Vergangenheit nicht glorifizieren. Was man aber lernen kann von HAL, ist – und das verbergen moderne Computer schamhaft – das Faktum, dass Speicher (die Magnetbandspulen) und die Central Processing Unit (dort, wos blinkt) physikalisch getrennt sind. In den Speichern hocken die Daten und die Programme und wenn gedacht werden soll, muss erst alles aus den Speichern herangekarrt und nach erfolgtem Prozessieren wieder gespeichert werden.

Schneller und sparsamer

Wenn Computer denken, findet das nicht nur im Raum statt und verursacht viel Verkehr, sondern es braucht auch Zeit und vor allem Energie. Man kann die Bestandteile kleiner und noch kleiner machen, die Bauteile schneller und noch schneller – dieses Faktum bildet eine Grenze, an die Computertechnik unweigerlich stösst. Zwischen Input und Output gibts zwei getrennte Kisten (CPU und Speicher): Das ist die Von-Neumann-Architektur – und an die müssen sich alle Rechner halten. Wie auch die elegantesten Kathedralen die Gesetze der Statik nicht ganz ausser Kraft setzen können.

Jener Übergang zwischen CPU und Speichereinheit ist als «Von Neumann’s bottleneck» – von Neumanns Flaschenhals – sprichwörtlich geworden. (John von Neumann lebte von 1903 bis 1957 und galt lange als intelligentester Mensch der Welt. Auch wenn er an der Spieltheorie herumgespielt und einen atomaren Erstschlag erwogen haben soll. Das empfahl ihn wenigstens als Vorbild für Dr. Strangelove, womit wir wieder bei Kubrick wären.)

Wann die Computertechnologie endgültig in Von Neumanns Flaschenhals stecken bleibt, weiss man nicht genau. Was man aber weiss, ist, dass es eine Rechnerarchitektur gibt, die keinen Flaschenhals hat. Sie funktioniert auch – und zwar bemerkenswert gut. Und zwar in einer Kiste, die auf unseren Schultern sitzt. (Womit wir wieder beim Blinken wären.) Das menschliche – und alle anderen vergleichbaren biologischen – Gehirne haben nichts Vergleichbares zu den Spulen. Die Neuronen und Synapsen und was es da noch gibt, haben die bemerkenswerte Eigenschaft, Information gleichzeitig und auf der gleichen Plattform zu prozessieren und zu speichern. Das ganze Hin und Her erübrigt sich. Das macht biologische Maschinen schneller und vor allem sparsamer. Unser Gehirn kann mit 10 bis 25 Watt bis zu 1016 Operationen in der Sekunde ausführen (10 Millionen Milliarden Operationen, um genau zu sein). Ein herkömmlicher Supercomputer würde dafür 108 Watt brauchen (100 Millionen Watt) und wohl auch etwas mehr kosten.

Rechner ohne Flaschenhals

So lasset uns denn Computer bauen, welche das Gehirn imitieren. Anstatt Prozessoren haben sie «Memprozessoren», die Komponenten heissen «Memristor» (statt Transistor oder Widerstand, «resistor»), «Memcapacitor» (statt Kondensator) und «Meminductor» (statt Induktionsspule). Die können alle auch speichern. Massimiliano Di Ventra und Yuriy Pershin bringen in einem Artikel im «Scientific American» (Januar 2015) anschauliche Beispiele: Den «Memristor» müsste man sich vorstellen als eine elastische Röhre, welche mehr oder weniger Wasser durchlässt, wenn kein Wasser mehr kommt, aber im aktuellen Zustand bleibt (und man stelle sich das dann mit elektrischem Strom vor).

Oder: eine anspruchsvolle Aufgabe, zum Beispiel den Weg aus einem Labyrinth zu finden. Das können herkömmliche Computer nur mit Ausprobieren: vorwärts und wieder zurück und die nächste Abzweigung probieren. Der «Memcomputer» legt am Eingangs- und Ausgangspunkt eine Spannung an und schickt ein Elektron los, die «Memristors» erinnern sich perfekt, wo und in welcher Richtung es durchging – das Problem wäre auf der Stelle gelöst.

Die Forschung arbeitet bereits an solchen Komponenten. Die gewünschten Eigenschaften zeigen sich allerdings nur im Nanomassstab. Es gibt vielversprechende Materialien. Theoretisch liegt die Sache offenbar anders: In der neuesten Ausgabe von «Science» haben Di Ventra und Mitautoren offenbar nachweisen können, dass solche Maschinen (die sie sinnigerweise «UMM» nennen: Universal memcomputing machine, analog zur digitalen Universal Turing machine: UTM) funktionieren und machbar sind. Aber auch wenn die Theorie stimmt (die Mathematik sieht kompliziert aus), zur funktionierenden Maschine ist noch weit. Manchmal sind wir ja nicht einmal völlig überzeugt, dass unser Gehirn normal funktioniert.