Hardware – Software – Brainware

von Prof. Dr. Jürgen Brickmann

Es ist sicherlich mehr als 30 Jahre her – lange vor Ende des Kalten Krieges. Auch damals ging das Wort Simulation schon um. In unterschiedlichen Bereichen! Ich war eingeladen als Diskussionsleiter zu einer internationalen Tagung über mechanische Simulation in Stuttgart. Die Veranstaltung war dominiert von den Strömungsmechanikern und hier von denjenigen, die aus dem militärischen Bereich kamen. Es ging eigentlich bei den Diskussionen auch nicht so sehr um die Details von Simulationsprogrammen und deren Leistungsfähigkeit als vielmehr darum, zu zeigen, dass man es besser konnte. Die Vortragenden aus der Flugzeugentwicklung des US-Militärs zeigten auf, wie mit einer Batterie von Cray-Computern (damals der Inbegriff von Supercomputertechnologie) und mithilfe von strömungsmechanischen Simulationsprogrammen die Zukunft der Kampfjets eingeläutet worden war. Man pries die eigene Hardware und die Software. Die Flugzeugentwickler der Sowjetunion hielten dagegen. Ich kann mich noch gut an die Worte des Akademiedirektors erinnern, der für die Konstruktion der neuesten MIG-Kampfjets verantwortlich zeichnete. Er räumte ein, dass wohl die Amerikaner über die leistungsfähigere Hardware verfügten, auch bei der Software wohl vorn liegen könnten. Doch dann konterte er: Wichtiger als Hardware und Software sei doch „Brainware“ und hier würde man klar vorn liegen. Dieses Wort „Brainware“ ist mir im Gedächtnis geblieben, nicht zuletzt deswegen, weil darin eine tiefe Wahrheit liegt. Was damals für die Entwicklung von Düsenjets richtig war, gilt auch in fast allen anderen Bereichen von Forschung und Technologie: Es kommt auf leistungsfähige Hardware, auf intelligente Software an – aber mehr noch auf gute neue Einfälle, Brainware eben. In der Chemie, insbesondere der biologische Chemie, gilt dies in besonderem Maße. Mit dem Aufkommen der ersten Großrechner in den Sechzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts (Rechenanlagen, deren Kapazität um ein Vielfaches geringer waren als die eines gängigen Laptops heutiger Bauart), wurde die Hoffnung genährt, dass mit einer Fortentwicklung der Computer kapazität bei Speicher und Rechengeschwindigkeit in absehbarer Zeit jedes chemische System mit hinreichender Genauigkeit berechnet werden könnte. Enrico Clementi, einer der Pioniere der Quantenchemie und Leiter des Large Scale Scientific Computation Department des Computerherstellers IBM, wird aus dieser Zeit mit den Worten zitiert „We can calculate everything“. Man müsse nur die Hardwareentwicklung abwarten. Diese Ansicht schien auf den ersten Blick auch gerechtfertigt, denn man realisierte schon früh, dass sich die Leistungsfähigkeit von Computerhardware etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Diese als Moore´sches Gesetz bekannte Regel ist auch heute noch gültig und auch in näherer Zukunft ist kein Ende der Entwicklung abzusehen. Demnach wären die heutigen Rechner etwa 10 Millionen Mal schneller als die der Sechzigerjahre. Doch ist damit das Problem gelöst? Lassen sich Systeme mit sehr vielen Atomen wie Proteine und Katalysatoren damit standardmäßig behandeln? Die Frage ist mit einem klaren Nein zu beantworten. Der große Erfolg von Simulationsrechnungen in der Chemie ist nicht primär auf die Verbesserung der Hardwaresituation zurückzuführen, auch nicht auf die routinemäßige Anwendung von bestehenden Standardsoftwarepaketen. Er ist das Ergebnis von sinnvollen Vereinfachungen und intelligenten theoretischen Konzepten. Frei nach dem Motto von Albert Einstein: „Mache Deine Modelle so einfach wie möglich, aber nicht einfacher!“ Es funktioniert, wie der Autor des nachfolgenden Beitrages, Stephan Baeurle, eindrucksvoll demonstriert.