Zurück in die Zukunft

Bevor es leistungsfähige Computer gab, haben analoge Spezialrechner anspruchsvolle technische Probleme gelöst. Eine Handvoll Enthusiasten belebt dieses technische Erbe neu und erzielt dabei verblüffende Erfolge.

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(Bild: PD)

Von
  • Wolfgang Stieler
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Schwalbacher Straße 31, Hettenhain. Der Firmensitz von Analog Paradigm ist ein nüchternes Einfamilienhaus aus den 60ern, tief in der hessischen Provinz. 20 Minuten sind es mit dem Auto von Wiesbaden, ohne Auto liegt der Ort fast auf einem anderen Planeten. "Mit öffentlichen Verkehrsmitteln hierher zu kommen, können Sie vergessen", sagt Firmengründer Bernd Ulmann. "Zum Glück bin ich ein passionierter Autofahrer und freue mich jeden Morgen auf die 70 Kilometer nach Frankfurt." Denn Ulmann, der ein paar Häuser weiter auch wohnt, ist im Hauptberuf Professor für Wirtschaftsmathematik an der privaten Frankfurter Hochschule für Ökonomie und Management.

Man könnte den schlanken, schwarz gekleideten Mathematiker mit der Brille und dem Pferdeschwanz für einen scheuen Intellektuellen halten, der die ländliche Abgeschiedenheit liebt. In Wirklichkeit brauchte er Platz für seine Leidenschaft: analoge Computer. Das Haus, bis in die letzte Ecke vollgestopft mit Elektronik, ist gleichzeitig Museum für historische Rechner und der Geburtsort einer neuen Generation analoger Computer. Die Spezialrechner für technisch-wissenschaftliche Zwecke sollen überall da zum Einsatz kommen, wo digitale Rechner an ihre Grenzen stoßen.

Gleich hinter der Glastür empfangen den Besucher mannshohe Stahlschränke in Blaugrau und Beige. Ehrwürdige Zeitzeugen einer glorreichen Vergangenheit, als furchtlose Ingenieure mit nadeldünnen Krawatten und Nylonhemden sie nutzten, um Männer auf den Mond zu schießen. Man staunt über die runden Fenster der Oszilloskope, die aussehen wie tote Bullaugen untergegangener Schiffe, reihenweise massive schwarze Drehregler mit silberner Umrandung und mit Buchsen übersähte Patchfelder im Grün und Orange der 70er-Jahre. "Die Rechner hier sind nach Gewicht sortiert, nicht chronologisch", sagt Ulmann. Platz ist hier Mangelware – über den Rechnern hängen Regale, die mit Handbüchern und Dokumentationen vollgestellt sind, daneben alte Festplatten, Bänder und ausgebaute Platinen. Trotzdem taucht im Nebenzimmer inmitten von weiteren Büchern, Rechnern und Oszilloskopen ganz unvermittelt ein klassischer Flügel auf. "Der ist bei Mathematikern im Lieferumfang inbegriffen", sagt Ulmann in genau demselben Tonfall, mit dem er durch seine Analogrechner-Sammlung führt.

Einen Raum weiter lehnt gleich vorn an der Wand eine Platte, in der Dutzende blaue und rote Kabel ein wirres Bündel bilden. Das ist ein Computer-Programm – auch wenn es nicht so aussieht. Tatsächlich war es Teil eines Fahrsimulators, der bei VW zur Entwicklung des Golf gelaufen ist, versichert Ulmann.

Analogrechner sind grundsätzlich anders aufgebaut als digitale Computer: Ihre Programme sind keine Abfolgen von Rechenvorschriften, die im Speicher als Folge von Nullen und Einsen liegen, sondern stecken in der Verkabelung. Software und Hardware sind eins. Die Software analoger Computer verbindet sogenannte "Rechenblöcke", die Eingangssignale addieren, multiplizieren, miteinander vergleichen und integrieren können. Man kann damit zwar nicht alles machen, was ein Digitalrechner kann – dafür aber Probleme lösen, mit denen sich Digitalrechner schwertun. Dazu gehören etwa wissenschaftliche Probleme, die durch Differenzialgleichungen beschrieben werden – aus der Molekulardynamik, Strömungsmechanik, Reaktorkinetik, aber auch aus der Biologie oder der Ökonomie.

Solche Gleichungen mit einem Digitalrechner zu lösen bedeutet, die Gleichungen für Tausende von Datenpunkten immer und immer wieder durchzurechnen – bis die Lösung am Ende hoffentlich in stabilen Werten konvergiert. Oder auch nicht. Um seine Studenten von der Nützlichkeit analoger Rechner zu überzeugen, lässt Bernd Ulmann sie gern ein auf den ersten Blick simples Problem numerisch lösen: den Aufprall einer Stahlkugel auf einem Betonboden. Die Gleichungen sehen zwar harmlos aus, aber die Werte für die Beschleunigung in der Fall- und der Aufprallphase unterscheiden sich um das Tausendfache. Eine einfache, direkte numerische Lösung wird ohne Tricks mit solch einer "steifen Differenzialgleichung" nicht fertig. Bei ihr wäre das Ergebnis, dass die Kugel mit jedem Aufprall höher springt – ein erkennbar widersinniges Resultat. Analogrechner kennen solche Probleme nicht. "Ich habe aber noch nie einen Analogrechner gesehen, der ein physikalisch sinnloses Ergebnis liefert", sagt Ulmann. "Die Lösung war vielleicht ungenau – aber immer realistisch." Was Analogrechner können, erledigen sie zudem bemerkenswert schnell und verblüffend effizient. "Unser Analogrechner kann bestimmte Probleme

eine Größenordnung schneller und effizienter berechnen als ein moderner PC", sagt Ulmann stolz. Das klingt vielleicht nicht umwerfend, aber der Faktor, der die Rechenleistung moderner Supercomputer zunehmend begrenzt, ist der Energieverbrauch beziehungsweise der Abtransport der Abwärme. Der zurzeit schnellste Rechner der Welt hat eine elektrische Leistung von 13 Megawatt. Bei einem entsprechenden Analogrechner würde sie theoretisch auf ein Zehntel sinken.

Denn Analogrechner nutzen die Tatsache, dass manche komplizierte mathematische Operation, zum Beispiel das Integral, sich in der elektronischen Welt ganz einfach durch das Aufladen eines Kondensators modellieren lässt. "Stellen Sie sich einfach vor, sie lassen einen Eimer mit Wasser volllaufen", sagt Ulmann. "Das, was am Schluss im Eimer drin ist, ist das Integral des zugeführten Wasserstroms." In der Realität ist die Sache natürlich ein wenig komplizierter, sonst wären die Analogmaschinen nicht so groß, empfindlich und teuer gewesen. Die RA 770 von Telefunken beispielsweise war "deutsche Ingenieurskunst vom Feinsten", schwärmt Ulmann. Er drückt ein paar Knöpfe, und der Rechner erwacht summend zum Leben. 740000 Mark hat die Maschine bei ihrer Markteinführung 1966 gekostet – Einstiegspreis ohne Extras. Zu einer Zeit, als ein VW Käfer für 4000 Mark zu haben war. "Als Kind habe ich ein Bild von so einer Maschine in einem Buch gesehen", sagt Ulmann. "Ich hätte mir damals niemals träumen lassen, dass ich so eine mal besitze, und jetzt habe ich sogar zwei."

Auf dem Bildschirm des eingebauten Oszilloskops leuchtet grün die schematische Zeichnung eines Autos, das über holprigen Untergrund fährt. Der Boden wackelt, das Auto federt mit – die kleine Simulation zeigt, wie die Physik der Stoßdämpfer funktioniert. "Jetzt führen wir das Ganze mal in die Resonanzkatastrophe", sagt Ulmann und dreht an einem der Regler. Der Boden wackelt schneller, und das stilisierte Auto beginnt immer heftiger zu schwingen – Ulmann dreht weiter, und die Schwingungen werden wieder kleiner. "Da kann einem schon schlecht werden, wenn die Stoßdämpfer falsch ausgelegt sind", sagt er. "Das Schöne an so einem Analogrechner ist, dass Sie das ganz unmittelbar sehen können."

Die Maschine, mit der Ulmann heute seinen Besuchern die Vorteile des analogen Rechnens demonstriert, hat früher den Leitstand eines Kernkraftwerks simuliert, um Kraftwerkstechniker auszubilden – irgendwo in Berlin, mehr will Ulmann nicht verraten. "Da haben die einen Schalter umgelegt, und dann hieß es: So, jetzt haben wir ein Leck im Primärkreislauf. Und die Trainingsmannschaft auf der anderen Seite ist langsam in Panik geraten." Mittlerweile haben digitale Rechner die meisten dieser Aufgaben übernommen. "Eine Schnapsidee" sei es daher zuerst gewesen, auch einen eigenen, neuen Analogrechner zu bauen, sagt Ulmann. "Aber dann haben wir festgestellt, dass es echtes Interesse daran gibt." Und so gründete er gemeinsam mit seiner Frau Rikka und dem Elektroniker Karl-Heinz Dahlmann das Unternehmen Analog Paradigm.