أكبر وأسوأ جهاز كمبيوتر في العالم
توشك أجهزة الكمبيوتر العملاقة على أن تصبح أكثر قوة ، مما يتيح للباحثين معالجة بعض أكبر مشاكل العالم.
نحن على أعتاب عصر جديد للحوسبة. سيتم نشر أحد أجهزة كمبيوتر الإكساسكيل الأولى في البلاد ، أورورا ، في المستقبل القريب في مختبر أرجون الوطني ، وهو منشأة أبحاث تابعة لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE) خارج شيكاغو.
ستكون آلات Exascale مثل HPE-Cray Aurora من Argonne أقوى بعدة مرات من أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة الموجودة اليوم. ما حجم هذه الصفقة؟ إلى جانب التقدم في الذكاء الاصطناعي ، تعد حوسبة الإكساسكيل بتسريع كل مجال من مجالات البحث العلمي بشكل جذري – من تغير المناخ إلى الوقود البديل إلى اللقاحات الجديدة. باختصار ، يمكن أن يساعد في معالجة أكبر مشاكل العالم ، والتي من المحتمل أن تؤثر على كل شخص على هذا الكوكب.
إنها آلة واحدة أكبر من أي شيء يمكننا القيام به في السحابة ، وتركز على مشكلة واحدة في كل مرة. أجهزة الكمبيوتر Exascale هي ببساطة أكبر وأسوأ الآلات التي يمكننا بناءها باستخدام التكنولوجيا التقليدية.
ريك ستيفنز أستاذ علوم الكمبيوتر بجامعة شيكاغو ورئيس مبادرة الحوسبة EXASCALE في ARGONNE
تحدثنا مع ريك ستيفنز ، أستاذ علوم الكمبيوتر في جامعة شيكاغو ورئيس مبادرة حوسبة الإكساسكيل في Argonne ، حول كيف ستغير أجهزة الكمبيوتر العملاقة الجديدة العالم.
لنبدأ بالأساسيات: ما هي حوسبة الإكساسكيل؟
تبدأ عملية الحوسبة Exascale من 10 إلى 18 عملية في الثانية – أو مليار مليار OPS. إنها أسرع بآلاف المرات من أجهزة الكمبيوتر العملاقة Petascale التي لدينا الآن ، وهي أسرع الآلات التي صنعناها حتى الآن. إنها آلة واحدة أكبر من أي شيء يمكننا القيام به في السحابة ، وتركز على مشكلة واحدة في كل مرة. أجهزة الكمبيوتر Exascale هي ببساطة أكبر وأسوأ الآلات التي يمكننا بناءها باستخدام التكنولوجيا التقليدية.
ما هي بعض الابتكارات التقنية التي تجعل الإكساسكيل ممكنًا؟
أحد الأشياء التي ساعدت في دفع الإكساسكيل هو التحول من وحدات المعالجة المركزية إلى وحدات معالجة الرسومات ، والتي صاحبها تحسن كبير في الذاكرة ذات النطاق الترددي العالي. إذا حاولنا تشغيل مستوى الحوسبة التي توفرها وحدات معالجة الرسومات بالذاكرة العادية ، فلن تنجح. تتمتع أنظمة Exascale بنسبة أعلى بكثير من القدرة الحسابية مقارنة بالذاكرة وعرض النطاق الترددي.
هذا يعني أن حواسيب الإكساسكيل ستكون آلات ذكاء اصطناعي ممتازة حقًا ومصممة لهذا الغرض تقريبًا. تعد وحدات معالجة الرسومات جيدة حقًا في إجراء تدريب على الذكاء الاصطناعي ، ونسبة الحوسبة إلى الذاكرة التي تحتاجها لذلك تقع في مكان مثالي لهذه الأجهزة.
ما الذي ستمكّن هذه الآلات العلماء من القيام به ولم يتمكنوا من فعله من قبل؟
إنها قائمة طويلة. تمنحنا القدرة على إجراء عمليات محاكاة واسعة النطاق ودمجها مع الذكاء الاصطناعي الفرصة للدفع في عدد من المجالات المهمة لأرجون والعالم بأسره ، بما في ذلك علوم المواد ، والمناخ ، وأبحاث السرطان ، وعلم الكونيات.
يمكننا استخدامه لابتكار بطاريات من الجيل التالي تكون أكثر أمانًا وأرخص تكلفة وتعمل لفترة أطول. يمكننا استخدامه لتصميم وقود نووي أفضل للطاقة النظيفة أو تطوير بوليمرات جديدة تتحلل بشكل طبيعي عند تعرضها للضوء حتى لا نضع المزيد من البلاستيك في المحيط. يمكننا توصيله عبر كابل الألياف الضوئية بمصدر الصور المتقدم (APS) – مصدر الضوء عالي الطاقة الرائد عالميًا من Argonne ، على بعد كيلومترين فقط من الطريق – واستخدام الذكاء الاصطناعي لتوليد نتائج علمية في الوقت الفعلي.
يعمل APS مثل آلة الأشعة السينية العملاقة فائقة السطوع ، مما يسمح للباحثين بدراسة العينات على المستوى الذري. يتم استخدامه لتحديد الهياكل البروتينية للفيروس الذي يسبب COVID-19 وفهم سبب توفير بعض أقمشة أقنعة الوجه حماية أفضل من غيرها ، على سبيل المثال لا الحصر. سيكون من المدهش حقًا أن يتم ربط اثنين من الأدوات العلمية الرائدة في العالم معًا في نفس الحرم الجامعي.
ستساعد حوسبة الإكساسكيل الفائقة في حل أهم تحديات العالم وأكثرها تعقيدًا. يدخل الاكتشاف عصر الإكساسكيل.
يتعلم أكثر
نحن نعلم أن هذا يشبه إلى حد ما مطالبة الوالدين بتسمية طفلهم المفضل ، ولكن أي من مشاريع البحث العديدة في الإكساسكيل يثيرك أكثر؟
أعتقد أننا سوف نخطو خطوات كبيرة في تطوير الأدوية بهذه الآلات. سيسمحون لنا بتطبيق الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي على النماذج القائمة على الفيزياء التي ستغير بشكل أساسي كيفية تصميم الأدوية الجديدة واختبارها. الهدف هو الانتقال من فكرة إلى تجربة سريرية في غضون عام واحد. من الواضح أن هذا الجدول الزمني مدفوع جزئيًا بأبحاث COVID-19 ، ولكن هناك أيضًا فرصة كبيرة لتوسيعه ليشمل السرطان وأمراض القلب وتطوير مضادات حيوية جديدة.
فرصة أخرى مثيرة في علم التصنيع. سواء كنت تصمم بطارية جديدة ، أو طلاءًا ضوئيًا جديدًا لحماية الألواح الشمسية ، أو مادة فلطائية ضوئية جديدة ، فعادة ما يستغرق الأمر حوالي 20 عامًا حتى تصبح متاحة على نطاق واسع. هل يمكننا استخدام الذكاء الاصطناعي والنمذجة لاختصار ذلك؟ هل يمكننا ابتكار مادة جديدة في
سنة واحدة وتحويله إلى إنتاج قابل للتطوير في سنة أخرى؟ يمكن أن تقربنا حوسبة الإكساسكيل كثيرًا من ذلك.
لقد استمرت العديد من المشاريع التكنولوجية الضخمة الممولة اتحاديًا في التأثير على حياة الناس العاديين وكذلك المؤسسات ، وكان الإنترنت ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مثالين واضحين. هل ستتبع الإكساسكيل مسارًا مشابهًا؟
عندما تم إطلاق الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لأول مرة ، كان الجيش هو العميل الأساسي ، وكانت تكلفة الأجهزة التي يمكنها استقبال الإشارات أعلى من متوسط تكلفة سيارتك. ما حدث مع مرور الوقت ، بالطبع ، هو أن تلك التكاليف انخفضت. مع الإكساسكيل ، دفعنا بائعي أجهزة الكمبيوتر إلى تحسين لعبتهم حقًا. وبالتالي فإن وحدات المعالجة المركزية (CPU) ووحدات معالجة الرسومات (GPU) المتقدمة وتقنية الذاكرة التي تتيحها ستكون متوفرة في الأجهزة اليومية في غضون بضع سنوات. لن تكون هذه آلات إكساسكيل ، لكن التكنولوجيا ستكون موجودة. سيكون ذلك أحد العوائد الدائمة.
الميزة الأخرى ، بالطبع ، هي أن حل هذه المشاكل الكبيرة – سواء كانت نمذجة مناخية أو طب دقيق أو تطبيق التعلم الآلي على البيانات العلمية – سيؤثر على الكثير من الأشياء الأخرى ، بما في ذلك قرارات السياسة.
إذا كانت أجهزة كمبيوتر الإكساسكيل تستخدم تقنية السيليكون التقليدية – فقط الكثير منها – فلماذا لم نقم ببناء واحدة بالفعل؟
هناك ثلاثة تحديات هائلة أمام الإكساسكيل. الأول هو القوة. إذا كنا قد حاولنا بناء كمبيوتر إكساسكيل قبل 10 سنوات ، لكان يتطلب غيغاواط من الطاقة – لتوليد فاتورة كهرباء تبلغ حوالي مليار دولار في السنة. كان علينا تطوير إلكترونيات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
التحدي الثاني هو الحجم. نحن نستخدم ما يقرب من مائة ألف وحدة معالجة رسومات ، كل منها يحتوي على عشرات المليارات من الترانزستورات التي تدور مليار مرة في الثانية. حتى وقت قريب ، كان الوصول إلى العديد من العناصر الحسابية مستحيلًا بسبب مستويات التكامل المطلوبة.
العنصر الثالث هو الموثوقية. عندما تقوم بتجميع مئات الآلاف من المكونات الإلكترونية ، فإن الأشياء تتعطل باستمرار. يجب عليك بناء ما يكفي من التكرار والتسامح مع الخطأ في التصميم بحيث يستمر في العمل عند فشل الأجزاء.
في عالم أجهزة الكمبيوتر ، عادةً ما يتأخر تطوير البرامج كثيرًا عن الأجهزة. لا يوجد قانون مور لتقديم الطلبات. هل ستكون هذه مشكلة مع الإكساسكيل؟
عندما بدأنا التخطيط لـ exascale ، أدركنا أنه يمكن أن تكون هناك فجوة كبيرة بين بناء الأجهزة ووجود برنامج متاح للتشغيل عليها. لذلك ، في عام 2016 ، أنشأت وزارة الطاقة مشروع Exascale Computing لبناء تطبيقات وأنظمة تشغيل تعمل مع الإكساسكيل.
إنه جهد جماعي مذهل يضم أكثر من 30 جامعة وأكثر من ألف موظف من وزارة التعليم ، كل ذلك لضمان وصول الأجهزة والبرامج في نفس الوقت. إنه يشبه بناء طائرة أثناء محاولتك الطيران بها ، بينما تقوم في نفس الوقت ببناء حاملة الطائرات حيث ستهبط.
عندما نفتح صندوق Aurora ، سيأتي مع أكثر من 80 حزمة برمجية في أكثر من عشرين مجال تطبيق ، مع المزيد في المستقبل. سيجعل الاستثمار الهائل لوزارة الطاقة في مكتبات البرمجيات من السهل على الناس إنشاء تطبيقات إكساسكيل جديدة.
علمنا الخيال العلمي أن نخاف من الآلات الذكية أو الأكثر ذكاءً من البشر. هل هناك أسباب وجيهة للخوف؟
في بعض النواحي ، لدينا بالفعل آلات أكثر ذكاءً منا. أعني ، متى كانت آخر مرة قمت فيها بحساب دالة موجة كمومية؟
لذلك نريد بالتأكيد أن تكون الآلات أفضل من الأشخاص في أداء مهام معينة. هذا هو سبب وجود الآلات: القيام بأشياء يصعب على البشر القيام بها أو أنها غير آمنة.
التقنيات في حد ذاتها ليست جيدة ولا سيئة. لكن الأشخاص ذوي النوايا الشريرة يمكنهم فعل أشياء سيئة باستخدام التكنولوجيا المتقدمة. نحن بحاجة إلى أن نحافظ على توازننا في طريقة تفكيرنا في القضايا الأخلاقية ، والأمن ، والسلامة ، خاصة وأن التكنولوجيا المتقدمة أصبحت أكثر أهمية مما هي عليه اليوم. إذا كان لديك آلة أسرع وأذكى بآلاف المرات ، فأنت تريدها أن تعمل في بيئة يفهم فيها الجميع فعل الشيء الصحيح. هذا يعني أن الجميع ، وليس فقط التقنيين ، يحتاجون إلى أن يكونوا جزءًا من هذه المناقشة.
نحن بحاجة لخلق اقتصاد أكثر اخضرارا. علينا حل مشكلة المناخ ، ومشكلة نفاد المضادات الحيوية ، والحاجة إلى تكنولوجيا طاقة أفضل ومركبات أكثر أمانًا. لهذا السبب نحاول بناء هذه الآلات الذكية. نحتاج فقط إلى القيام بذلك وأعيننا مفتوحة.
