Ex Astris Scientia
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Von Teraquads und Nanometern - Computerprobleme
(Auszug aus Star Trek Weekly 38/01)

Speicherkapazitäten Computerdaten werden im 24. Jahrhundert nicht mehr in Bits oder Bytes, sondern in Quads gemessen. Die Einführung dieser fiktionalen und absichtlich nicht definierten Einheit war eine weise Entscheidung, wenn man die Entwicklung wirklicher Computer von 1987, als Star Trek: The Next Generation erstmals ausgestrahlt wurde, bis heute bedenkt. Die damals übliche Festplattenkapazität von wenigen Megabytes hat sich bis heute mehr als vertausendfacht. Bei einer solchen Steigerung hätte es leicht passieren können, daß eine 1987 noch unvorstellbar hohe Speicherkapazität des Computers der Enterprise-D von beispielsweise einigen Gigabytes heute lächerlich wirken würde. Somit ist es gut, daß die Größe eines Quads unbekannt bleibt. Da die in der Serie erwähnten Datenvolumina immer bei einigen Kiloquads lagen, läßt sich mit Sicherheit lediglich sagen, daß ein Quad mehrere Größenordnungen über einem Bit oder Byte liegen muß.

Das  STTNG Technical Manual verrät uns, daß die Enterprise-D drei Computerkerne besitzt, von denen zwei in der Untertassensektion und eine im Sekundärrumpf liegen. Jeder Kern hat "2,048 dedicated modules of 144 isolinear optical storage chips". Die bekannte Kapazität von 2,15 Kiloquads pro Chip gegeben, macht dies insgesamt 630.000 Kiloquads pro Kern. Das STTNG Technical Manual jedoch sagt weiterhin, daß die Kapazität jedes *Moduls* 630.000 Kiloquads sei, wobei ein Modul per Definition nicht identisch mit einem Kern ist und kleiner sein muß. Dies ist offensichtlich ein Fehler und sollte "630.000 Kiloquads pro Kern" heißen. Daß die für den Kern berechnete und die im Buch für das Modul gegebene Zahl gleich sind, kann kein Zufall sein. Zwei der Computerkerne laufen als Backup-Systeme, so daß insgesamt nicht mehr als 630.000 Kiloquads für das ganze Schiff zur Verfügung stehen. Zusätzliche mobile Speicherkapazität ist in separaten isolinearen Chips (je 2,15 Kiloquads), Tricordern (je 6,91 Kiloquads) und PADDs (je 4,3 Kiloquads) enthalten. Die bloße Größe eines Computerkerns, der etwa das Volumen eines neunstöckigen Hochhauses besitzt, deutet allerdings darauf hin, daß der größte Teil der Speicherkapazität des Schiffs hier konzentriert sein muß. Da die Enterprise-D, wie in TNG: "11001001" erwähnt, den größten bekannten mobilen Computer besitzt, müßten 630.000 Kiloquads die absolute Obergrenze für Computerdaten darstellen. Es ist plausibel, daß immer nur ein winziger Teil dieser angenommenermaßen riesigen Datenmenge für eine bestimmte Aufgabe relevant ist, so daß die in TNG durchgängig erwähnten Mengen von wenigen Kiloquads bis Megaquads sinnvoll erscheinen.

Die Autoren von Voyager allerdings hielten es nicht für nötig, sich an diese Vorgabe zu halten und haben die Datenmengen inflationär gesteigert. Ihre Angaben übersteigen die Kapazität des gesamten Enterprise-D-Computers um viele Größenordnungen:

20 Gigaquads - Informationen, die von der Raumanomalie in VOY: "Die Raumverzerrung" hochgeladen wurden

50 Gigaquads - Daten, die zur Wiederherstellung von Chakotays Persönlichkeit in VOY: "Bewußtseinsverlust" benötigt wurden

15.000 Gigaquads - Umfang der persönlichen Subroutinen des Doktors in VOY: "Der Schwarm"

30.000 Gigaquads - Daten über romantische Beziehungen, die der Doktor in VOY: "Liebe inmitten der Sterne" gesammelt hat

60 Teraquads - Daten, die von der Anomalie in VOY: "Ein kleiner Schritt" gesammelt wurden

Millionen Teraquads - "Fanpost" des Doktors in  VOY: "Der Virtuose"

10 Millionen Teraquads - Daten, die von den Hansens über die Borg gesammelt wurden in VOY: "Das ungewisse Dunkel" (zehn Jahre vor TNG)

30 Millionen Teraquads - Daten, die über fünf Jahre bis zu VOY: "Die Voyager-Konspiration" gesammelt wurden

47 Billionen Teraquads - von One in VOY: "Die Drohne" assimilierte Daten (was alles aus dem Voyager-Computer kommen muß)

Teraquads von Daten, die Janeway geprüft hat, um in VOY: "Voller Wut" Tuvoks Geburtstag herauszufinden ;-)

Alle Zahlen über spezifische Daten und sogar alle Zahlen, die jemals in Voyager erwähnt worden sind, übersteigen somit die Gesamtkapazität des Enterprise-D-Computers bei weitem. Sogar die persönlichen Daten des Doktors sollen um Größenordnungen umfangreicher sein, als alles, was auf der Enterprise-D gespeichert werden kann. Großes Glück für den Doktor, denn auf Picards altem Kahn gäbe es wohl kein Singen und keine Holo-Abenteuer für ihn. ;-)

Ist also Voyagers Computer mit allen zugehörigen Systemen unglaublich viel leistungsfähiger als der auf der guten alten Enterprise-D? Auf den ersten Blick mag man dem zustimmen. Unter der Annahme, daß One in "Die Drohne" die gesamte Datenbasis des Schiffs heruntergeladen hat, hätte Voyager die 75-billionenfache Speicherkapazität der Enterprise-D! Das entspräche etwa dem Verhältnis des gesamten Internets zu einem veralteten Taschenrechner! Wie die 47 Billionen Teraquads in Ones Körper gespeichert werden können, ist noch ein weiteres Problem, aber immerhin besitzt er die überlegene Borg-Technologie des 29. Jahrhunderts. Fast überflüssig ist es, noch anzumerken, daß bei einer Länge von nur 344m verglichen mit 642m der Enterprise-D viel weniger Platz für den Computer auf der Voyager zur Verfügung steht, was den Anstieg im Speichervolumen noch ein kleines bißchen unmöglicher macht - ja, ich weiß, daß es eigentlich keinen Komparativ zu "unmöglich" gibt. Voyagers Computer beruht anscheinend immer noch auf den guten alten isolinearen Chips, die ja möglichst unter allen Starfleet-Schiffen kompatibel sein sollten. Jeder von diesen Chips ist in der Lage, ein komplettes Holoprogramm zu speichern, wie beispielsweise in "Endstation: Vergessenheit" gesehen. Das Speichervolumen der Voyager in isolinearen Chips sähe dann wie folgt aus: 47 Billionen Teraquads Gesamtkapazität würde 2,18*10^19 (2,18 mal zehn hoch neunzehn) isolineare Chips von je 2,15 Kiloquads erfordern, die ein Volumen von 100.000 Kubikkilometern oder 3875 Borg-Würfeln einnehmen würden! Nun ja, Voyager ist ein bißchen kleiner. ;-)

Es gibt weder eine Entschuldigung noch eine Erklärung für diese absurde Inkonsequenz. Die Autoren von Voyager waren offensichtlich sehr angetan von ihren eindruckschindenden Gigas und Teras und hielten es nicht für notwendig, auch deren Plausibilität zu prüfen. Es könnte eingeworfen werden, daß der Computer der Voyager tatsächlich weiter fortgeschritten sein könnte, da das Schiff doch neuer sei als die Enterprise-D. Ein billionenfacher Anstieg in wenigen Jahren ist jedoch absolut indiskutabel. Darüber hinaus ist zu erwarten, daß die Speicherkapazität von Computern schon im Laufe der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts die absolute physikalische Grenze, nämlich den Ein-Atom-Speicher erreicht. Wenn nicht irgendein subatomarer Effekt die Packungsdichte noch einmal steigern könnte (und zwar um mindestens das 75-billionenfache!), dann dürfte es im 24. Jahrhundert und schon lange Zeit davor überhaupt keine Steigerung der Speicherkapazität geben. Aller Fortschritt in der Computertechnik würde sich in solchen Zeiten wohl um Algorithmen und vielleicht noch um Transfergeschwindigkeiten drehen. Der ultimative Beweis, daß die Zahlen aus TNG und Voyager absolut inkompatibel sein müssen, ist daß das kleine Forschungsschiff Raven 10 Millionen Teraquads sammeln konnte, wohingegen das Flaggschiff der Sternenflotte zehn Jahre später mit läppischen 630.000 Kiloquads Gesamtkapazität in Dienst gestellt wurde. Von wegen "größter mobiler Computer"!?

Der einzige Weg, um sowohl die Zahlen von TNG als auch die von Voyager zu akzeptieren, wäre die Behauptung, daß beide Einheiten verschieden seien. Dies allerdings wäre alles andere als plausibel, da die neue Einheit (das Voyager-Quad) definitiv eine andere Bezeichnung erhalten hätte, um es vom TNG-Quad abzuheben und Verwechslungen zu vermeiden. Außerdem, wenn überhaupt eine neue Definition aus irgendeinem Grund als sinnvoll erachtet würde, dann doch nur eine Vergrößerung der Einheiten, um bei größeren Datenmengen die Zahlen zu verkleinern und nicht umgekehrt unhandliche Gigaquads oder gar Teraquads zu erhalten. Somit ist es absolut sicher, daß die Einheit nicht umdefiniert worden sein kann. Das Quad bleibt damit eines der großen Rätsel des Star Trek Universums, und es ist wohl dem persönlichen Geschmack zu überlassen, ob man nun die TNG-Quads oder die Voyager-Quads akzeptiert.

Naniten and Nanosonden Naniten sind mikroskopische Roboter zur Chirurgie auf Zellebene in lebenden Organismen. Die Borg haben vergleichbar große Nanosonden, die das Opfer auf molekularer Ebene assimilieren. Die Bezeichnungen beider Arten von Sonden suggerieren, daß sich ihre Größe im Bereich von Nanometern bewegt und sie somit maximal etwa einen Mikrometer messen sollten. In diesem Fall wäre es ein Problem zu erklären, wie die benötigte Rechenleistung und die mechanischen Funktionen in ein so kleines Gerät integriert werden können. Nebenbei sei noch bemerkt, daß in einem so kleinen Maßstab elektrische und mechanische Funktionen ohnehin fast äquivalent sind.

Das absolute untere Limit für die Konstruktion sollte die Größe eines Atoms sein, die zwischen 10^-10m bei Wasserstoff und 1 Nanometer = 10^-9m bei komplexeren Atomen liegen kann. Realistischerweise können wir annehmen, daß die Sonden aus einem realen Material wie Silizium gefertigt sind, das eine Konzentration von etwa 10^20 Atomen pro Kubikzentimeter aufweist. Heutige Mikroprozessoren beitzen schon viele Millionen Transistoren und sind dabei immer noch nicht "intelligent" - auch wenn die Werbung von Intel oder AMD das schon einmal gern behauptet. Milliarden von Transistoren sind grob gerechnet notwendig, um die grundlegende "Intelligenz" der Naniten oder Nanosonden zu erreichen - es hängt dabei natürlich nicht nur von der Zahl sondern auch von der Verschaltung der Transistoren ab. Ob eine solche Sonde auch ein -einzelnes oder kollektives- Bewußtsein erreichen kann, ist noch eine andere Frage.  In einer sehr optimistischen Abschätzung können wir annehmen, daß ein Atom von zehn tatsächlich als Schalter dienen kann, wohingegen die umgebenden neun Atome als "Leitung" oder "Isolierung" dienen. Wir könnten damit lediglich 10 Millionen Transistoren in einem Volumen von einem Kubikmikrometer erreichen. Energieversorgung, Sensoren und bewegliche Teile wären dabei noch nicht eingeschlossen, geschweige denn ein Mikroreplikator wie in den Borg-Nanosonden. Bei einer Größe von einigen Mikrometern, die vielleicht noch die Bezeichnung "Nano-" rechtfertigen würde, da ja die einzelnen Elemente tatsächlich nur einen Nanometer groß sind, könnten die Naniten und Nanosonden immer noch für zellulare Operationen eingesetzt werden. Ein rotes Blutkörperchen hat beispielsweise einen Durchmesser von 8 Mikrometern.

Es zeigt sich also, daß die sogenannte Nanotechnologie in Star Trek von der Gesamtgröße der Objekte wahrscheinlich größer ist als bisher angenommen. Nur die Größe der einzelnen Schalter/Transistoren läge wirklich bei etwa einem Nanometer. Um die Elemente noch dichter zu packen, müßte die Heisenbergsche Unschärferelation überlistet werden - was ja anscheinend im Transporter auch möglich ist. Vielleicht gibt es einen großen Fortschritt dahingehend, daß in Quantencomputern, die ja schon heute in der Entwicklung sind, subatomare Effekte und bisher unbekannte Quantenzustände -zum Leidwesen von Werner Heisenberg- ausgenutzt werden können. Mal sehen, was die Zukunft bringt.

 

Mehr (und aktueller) in der englischen Version

Computers & Communication - about gigaquads & nanometers, holographic backups, universal translators etc.

 


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Last modified: 26.07.14  
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