تقرير SIAM الجديد يستكشف التحديات التي تواجه مستقبل العلوم الحسابية

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

في عام 2023، قامت جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية (SIAM)، وهي عضو منتسب في الجمعية المهنية لـ CRA، بتكليف فريق عمل لصياغة رؤية استراتيجية للتحديات الناشئة في مستقبل العلوم الحسابية. وفي وقت سابق من هذا الشهر، أصدرت فرقة العمل تقريرها بعنوان مستقبل العلوم الحاسوبية. يسر شركة CCC تسليط الضوء على أهمية وتوقيت هذا التقرير الذي تم فيه تأكيد العديد من المواضيع من خلال أنشطة الرؤية والتقارير الخاصة بنا.

وكما ورد في التقرير، كانت الولايات المتحدة هي الرائدة بلا منازع في مجال الحوسبة المتقدمة والعلوم الحسابية. ويذكر فريق العمل أنه في السنوات الأخيرة واجهت هذه القيادة تحديًا من قبل المنافسين الاستراتيجيين. تم إعداد تقرير مستقبل العلوم الحاسوبية لمعالجة طرق التغلب على التحديات الكبيرة لضمان استمرار قيادة الولايات المتحدة.

ويؤكد هذا التقرير على الأهمية المتزايدة للتعاون متعدد التخصصات. غالبًا ما تنشأ الإنجازات في العلوم الحسابية من التعاون بين خبراء من مجالات متنوعة، مما يعزز الابتكار ويدفع عجلة التقدم.

إن رعاية الجيل القادم من علماء الحساب أمر ضروري أيضًا للحفاظ على التقدم في مجال الحوسبة. وينبغي أن تكون هناك برامج تعليمية قوية ومبادرات لتنمية القوى العاملة لتزويد أجيال المستقبل بالمهارات اللازمة لمواجهة التحديات الناشئة.

تسلط البنود الأخرى الضوء على الآثار الأخلاقية للبحث الحسابي، وتدعو إلى الممارسات المسؤولة والشفافية والمساءلة لضمان أن يفيد التقدم التكنولوجي المجتمع ككل.

الابتكار والاكتشاف والتأثير المجتمعي والتحديات العالمية

عدة مجالات في هذا التقرير تسلط الضوء على ثلاث نقاط:

الابتكار والاكتشاف: من خلال تعزيز التعاون متعدد التخصصات واحتضان التقنيات الناشئة، يمكن لعلماء الحساب أن يفتحوا آفاقًا جديدة للمعرفة ويدفعوا الابتكار عبر مختلف المجالات.

التأثير المجتمعي: مع استمرار تقدم العلوم الحسابية، فإن تأثيرها على المجتمع سوف ينمو. ويجب إعطاء الأولوية للاعتبارات الأخلاقية لضمان ترسيخ التقدم التكنولوجي بشكل مسؤول ومنصف.

التحديات العالمية: من تغير المناخ إلى الرعاية الصحية إلى الأمن السيبراني وما بعده، تلعب العلوم الحسابية دورًا حيويًا في مواجهة التحديات العالمية. ومن خلال الاستفادة من الأدوات والتقنيات الحسابية، يمكن للباحثين تطوير حلول للمشاكل المعقدة التي تؤثر على البشرية ككل.

النتائج الرئيسية في التقرير تشمل:

ينبغي للباحثين في مجال الحوسبة ووكالات التمويل التركيز على إنشاء برامج أكثر شمولاً للعلوم الحسابية. وهذا يعني تخصيص الأموال والموظفين والبنية التحتية لدعم البحث العلمي وحل المشكلات باستخدام الأساليب الحسابية. يتضمن أحد البرامج مشروع حوسبة الإكساسكيل التابع لوزارة الطاقة، والذي يقع في مختبر أوك ريدج الوطني. يسعى هذا المشروع إلى إعداد العلماء ومرافق الحوسبة لـ exascale، وهو مستوى من الحوسبة الفائقة قادر على إجراء عملية حسابية واحدة على الأقل للفاصلة العائمة exaFLOPS في الثانية لدعم أعباء العمل الموسعة. للاستفادة الكاملة من تكنولوجيا ECP والأجهزة المستقبلية، يجب على البرنامج تحقيق تقدم في كل من الرياضيات التطبيقية وعلوم الكمبيوتر. يمكن أن يشمل ذلك تطوير الخوارزميات والأساليب العددية وأدوات البرمجيات المُحسّنة لبيئات الحوسبة عالية الأداء.
بالإضافة إلى الاستفادة من التطورات الحالية، يجب على برنامج حوسبة إكساسكيل توقع التطورات المستقبلية في مجال الحوسبة عالية الأداء والاستعداد لها. يتضمن ذلك الاستثمار في البحث والتطوير للاستفادة من تحسينات الأجهزة القادمة. يتم التأكيد على التعاون باعتباره ضروريا للنجاح. يجب أن يعزز البرنامج الشراكات بين علماء الرياضيات التطبيقية وعلماء الكمبيوتر وعلماء التطبيقات. ويضمن هذا النهج متعدد التخصصات تصميم الحلول الحسابية بشكل فعال لمواجهة التحديات الوطنية الحاسمة عبر مختلف المجالات.
تحتاج الدولة إلى مجموعة شاملة من الاستثمارات لضمان التقدم المستدام لتقنيات الحوسبة عالية الأداء. ومن المهم ليس فقط تحقيق حوسبة الإكساسكيل، ولكن أيضًا التأكد من أن تطوير هذه القدرات يمتد بشكل أكبر لتلبية متطلبات البلاد المستمرة والمتغيرة في مجال العلوم الحسابية المتقدمة.
يعد الاستثمار في تقنيات الحوسبة البديلة مثل الحوسبة العصبية والحوسبة الكمومية أمرًا ضروريًا لمواجهة التحديات الكبيرة في المستقبل التي قد لا تتمكن بنيات الكمبيوتر التقليدية من مواجهتها. الحوسبة العصبية مستوحاة من بنية وعمل الدماغ البشري. ويهدف إلى تطوير أنظمة كمبيوتر تحاكي الشبكات العصبية للدماغ، مما يسمح بمعالجة المعلومات بشكل أكثر كفاءة ومرونة، خاصة في المهام المتعلقة بالتعرف على الأنماط والتعلم والتكيف. تستخدم الحوسبة الكمومية مبادئ ميكانيكا الكم لإجراء العمليات الحسابية. تتمتع أجهزة الكمبيوتر الكمومية بالقدرة على حل أنواع معينة من المشكلات بشكل أسرع بشكل كبير من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، خاصة في مجالات مثل التشفير والتحسين والمحاكاة.
ومع تقدم التكنولوجيا، تولد الأدوات والمرافق العلمية مجموعات بيانات كبيرة ومعقدة بشكل متزايد. لمواصلة التقدم، سيحتاج العلماء إلى الوصول إلى هذه الكميات الهائلة من البيانات. ومع ذلك، فإن القيام بذلك سيتطلب استثمارات كبيرة في البنية التحتية والموارد والتكنولوجيا لجمع وإدارة وتحليل وتفسير تدفقات البيانات هذه بشكل فعال.
يمتلك الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي إمكانات كبيرة لإحداث ثورة في عمليات البحث العلمي. يمكن لهذه التقنيات أن تعزز جوانب مختلفة من البحث، بما في ذلك تحليل البيانات، والتعرف على الأنماط، وتوليد الفرضيات. ومع ذلك، فإن تحقيق هذه الفرص بالكامل سيتطلب استثمارات كبيرة في الرياضيات والحوسبة.

التقاطع مع مبادرات CCC الأخيرة

يعزز هذا التقرير بعض الموضوعات التي تهتم بها CCC أو تعمل عليها مثل Full Stack Task Force. يركز فريق العمل هذا على كل ما يدخل في نظام الكمبيوتر، وكيفية تفاعل هذه التقنيات مع المستخدمين والمطورين. تعد المحادثات حول حوسبة الإكساسكيل والحوسبة الكمومية والعصبية من بين المناقشات العديدة في المجموعة. في الواقع، أحد أعضاء Full Stack Task Force، بيل جروب من جامعة إلينوي في أوربانا شامبين، يعمل في مجلس CCC وهو خبير في حوسبة الإكساسكيل حيث يعمل على هذه التكنولوجيا.

تشترك أحداث مثل ورشة عمل المناهج الموجهة نحو المجتمع للبحث في التكنولوجيا والمجتمع (CDARTS) في أهداف مماثلة مثل هذا التقرير لجمع الباحثين في مجال الحوسبة والمجتمعات المتأثرة بتأثيرات أنظمة الذكاء الاصطناعي معًا. تناولت ورشة عمل CDARTS كيف يمكن لأبحاث الحوسبة أن تدعم احتياجاتهم وأفضل ممارسات التعاون.

كما أنهت شركة CCC للتو سلسلة من 6 مائدة مستديرة حول إنشاء أفضل الممارسات متعددة التخصصات لأبحاث الحوسبة، وهو أمر ذو صلة بالإشارات العديدة في التقرير حول الحاجة الملحة للتعاون متعدد التخصصات. ستصدر CCC تقريرًا مشتركًا مع CRA حول هذا الموضوع في الأشهر المقبلة.

ترتبط CRA وSIAM بعدة طرق. وكان رئيس فريق عمل SIAM، بروس هندريكسون من مختبر لورانس ليفرمور الوطني، عادلاً انتخب إلى مجلس إدارة هيئة تنظيم الاتصالات. ماري هول، مديرة كلية الحاسبات في جامعة يوتا، عملت أيضًا في فريق العمل وهي عضو في مجلس إدارة CRA، أثناء عملها في اللجنة التنفيذية لـ CRA. اقرأ تقرير فريق عمل SIAM الكامل هنا.