Νέα έκθεση SIAM διερευνά τις προκλήσεις που αντιμετωπίζει το μέλλον της Υπολογιστικής Επιστήμης » Ιστολόγιο CCC

Το 2023, η Εταιρεία Βιομηχανικών και Εφαρμοσμένων Μαθηματικών (SIAM), μέλος της επαγγελματικής εταιρείας CRA, ανέθεσε σε μια ομάδα εργασίας να δημιουργήσει ένα στρατηγικό όραμα για τις προκλήσεις που προκύπτουν στο μέλλον της υπολογιστικής επιστήμης. Νωρίτερα αυτό το μήνα, η ειδική ομάδα δημοσίευσε την έκθεσή της, με τίτλο Το μέλλον της Υπολογιστικής Επιστήμης. Το CCC είναι ενθουσιασμένο που υπογραμμίζει τη σημασία και την επικαιρότητα αυτής της έκθεσης στην οποία πολλά θέματα επιβεβαιώνονται από τις δραστηριότητες και τις εκθέσεις οραματισμού μας. 

Όπως αναφέρεται στην έκθεση, οι Ηνωμένες Πολιτείες ήταν ο αδιαμφισβήτητος ηγέτης στην προηγμένη υπολογιστική και υπολογιστική επιστήμη. Η ειδική ομάδα δηλώνει ότι τα τελευταία χρόνια αυτή η ηγεσία έχει αμφισβητηθεί από στρατηγικούς αντιπάλους. Η έκθεση Future of Computational Science δημιουργήθηκε για να αντιμετωπίσει τρόπους υπέρβασης σημαντικών προκλήσεων ώστε να διασφαλιστεί η συνεχής ηγεσία των ΗΠΑ.

Αυτή η έκθεση τονίζει την αυξανόμενη σημασία της διεπιστημονικής συνεργασίας. Οι καινοτομίες στην υπολογιστική επιστήμη συχνά προκύπτουν από τη συνεργασία μεταξύ ειδικών από διαφορετικούς τομείς, η οποία προωθεί την καινοτομία και οδηγεί στην πρόοδο.

Η καλλιέργεια της επόμενης γενιάς επιστημόνων υπολογιστών είναι επίσης απαραίτητη για τη διατήρηση της προόδου στον τομέα της πληροφορικής. Θα πρέπει να υπάρχουν ισχυρά εκπαιδευτικά προγράμματα και πρωτοβουλίες ανάπτυξης εργατικού δυναμικού για να εξοπλίσουν τις μελλοντικές γενιές με τις δεξιότητες που απαιτούνται για την αντιμετώπιση των αναδυόμενων προκλήσεων.

Άλλα στοιχεία υπογραμμίζουν τις ηθικές επιπτώσεις της υπολογιστικής έρευνας, υποστηρίζοντας υπεύθυνες πρακτικές, διαφάνεια και υπευθυνότητα για να διασφαλιστεί ότι οι τεχνολογικές εξελίξεις ωφελούν την κοινωνία στο σύνολό της.

Καινοτομία και ανακάλυψη, κοινωνικός αντίκτυπος και παγκόσμιες προκλήσεις

Αρκετοί τομείς σε αυτήν την έκθεση δίνουν φως σε τρία σημεία: 

Καινοτομία και Ανακάλυψη: Ενισχύοντας τη διεπιστημονική συνεργασία και αγκαλιάζοντας τις αναδυόμενες τεχνολογίες, οι επιστήμονες υπολογιστών μπορούν να ξεκλειδώσουν νέα σύνορα γνώσης και να οδηγήσουν την καινοτομία σε διάφορους τομείς.

Κοινωνικός αντίκτυπος: Καθώς η υπολογιστική επιστήμη συνεχίζει να προοδεύει, ο αντίκτυπός της στην κοινωνία θα αυξηθεί. Πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στα ηθικά ζητήματα για να διασφαλιστεί ότι οι τεχνολογικές εξελίξεις καθορίζονται υπεύθυνα και δίκαια.

Παγκόσμιες προκλήσεις: Από την κλιματική αλλαγή στην υγειονομική περίθαλψη μέχρι την ασφάλεια στον κυβερνοχώρο και πέρα, η υπολογιστική επιστήμη μπορεί να διαδραματίσει ζωτικό ρόλο στην αντιμετώπιση παγκόσμιων προκλήσεων. Αξιοποιώντας υπολογιστικά εργαλεία και τεχνικές, οι ερευνητές μπορούν να αναπτύξουν λύσεις σε πολύπλοκα προβλήματα που επηρεάζουν την ανθρωπότητα στο σύνολό της.

Τα βασικά ευρήματα της έκθεσης περιλαμβάνουν:

1. Οι ερευνητές υπολογιστών και οι φορείς χρηματοδότησης θα πρέπει να επικεντρωθούν στη δημιουργία πιο ολοκληρωμένων προγραμμάτων υπολογιστικής επιστήμης. Αυτό σημαίνει αφιέρωση κεφαλαίων, προσωπικού και υποδομής για την υποστήριξη της επιστημονικής έρευνας και την επίλυση προβλημάτων με χρήση υπολογιστικών μεθόδων. Ένα πρόγραμμα περιλαμβάνει το Exascale Computing Project του Υπουργείου Ενέργειας (DOE), που βρίσκεται στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge. Αυτό το έργο επιδιώκει να προετοιμάσει επιστήμονες και υπολογιστικές εγκαταστάσεις για exascale, ένα επίπεδο υπερυπολογιστών ικανό για τουλάχιστον έναν υπολογισμό κινητής υποδιαστολής exaFLOPS ανά δευτερόλεπτο για να υποστηρίξει εκτεταμένους φόρτους εργασίας. Για να αξιοποιήσει πλήρως την τεχνολογία ECP και το μελλοντικό υλικό, το πρόγραμμα πρέπει να σημειώσει πρόοδο τόσο στα εφαρμοσμένα μαθηματικά όσο και στην επιστήμη των υπολογιστών. Αυτό θα μπορούσε να περιλαμβάνει την ανάπτυξη αλγορίθμων, αριθμητικών μεθόδων και εργαλείων λογισμικού βελτιστοποιημένων για υπολογιστικά περιβάλλοντα υψηλής απόδοσης.
2. Εκτός από τη μόχλευση των τρεχουσών εξελίξεων, το Πρόγραμμα Υπολογιστών Exascale θα πρέπει να προβλέπει και να προετοιμάζεται για μελλοντικές εξελίξεις στους υπολογιστές υψηλής απόδοσης. Αυτό περιλαμβάνει την επένδυση στην έρευνα και την ανάπτυξη για την αξιοποίηση των επερχόμενων βελτιώσεων υλικού. Η συνεργασία τονίζεται ως απαραίτητη για την επιτυχία. Το πρόγραμμα θα πρέπει να ενθαρρύνει συνεργασίες μεταξύ εφαρμοσμένων μαθηματικών, επιστημόνων υπολογιστών και επιστημόνων εφαρμογών. Αυτή η διεπιστημονική προσέγγιση διασφαλίζει ότι οι υπολογιστικές λύσεις είναι αποτελεσματικά προσαρμοσμένες για την αντιμετώπιση κρίσιμων εθνικών προκλήσεων σε διάφορους τομείς.
3. Το έθνος απαιτεί ένα ολοκληρωμένο σύνολο επενδύσεων για να εγγυηθεί τη διαρκή πρόοδο των τεχνολογιών υπολογιστών υψηλής απόδοσης. Είναι σημαντικό όχι μόνο να επιτύχουμε υπολογιστές exascale, αλλά και να διασφαλίσουμε ότι η ανάπτυξη τέτοιων δυνατοτήτων επεκτείνεται περαιτέρω για να ανταποκριθεί στις συνεχείς και μεταβαλλόμενες απαιτήσεις της χώρας στον τομέα της προηγμένης υπολογιστικής επιστήμης.
4. Η επένδυση σε εναλλακτικές τεχνολογίες υπολογιστών όπως ο νευρομορφικός και ο κβαντικός υπολογισμός είναι ουσιαστικής σημασίας για την αντιμετώπιση σημαντικών προκλήσεων στο μέλλον που οι συμβατικές αρχιτεκτονικές υπολογιστών ενδέχεται να μην είναι σε θέση να κάνουν. Ο νευρομορφικός υπολογισμός εμπνέεται από τη δομή και τη λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου. Στοχεύει στην ανάπτυξη συστημάτων υπολογιστών που μιμούνται τα νευρωνικά δίκτυα του εγκεφάλου, επιτρέποντας πιο αποτελεσματική και ευέλικτη επεξεργασία πληροφοριών, ιδιαίτερα σε εργασίες που σχετίζονται με την αναγνώριση προτύπων, τη μάθηση και την προσαρμογή. Ο κβαντικός υπολογισμός χρησιμοποιεί τις αρχές της κβαντικής μηχανικής για την εκτέλεση υπολογισμών. Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν τη δυνατότητα να επιλύουν ορισμένους τύπους προβλημάτων εκθετικά πιο γρήγορα από τους κλασσικούς υπολογιστές, ιδιαίτερα σε τομείς όπως η κρυπτογραφία, η βελτιστοποίηση και η προσομοίωση.
5. Καθώς η τεχνολογία προχωρά, τα επιστημονικά όργανα και οι εγκαταστάσεις δημιουργούν όλο και πιο μεγάλα και πολύπλοκα σύνολα δεδομένων. Για να συνεχίσουν να προοδεύουν, οι επιστήμονες θα χρειαστούν πρόσβαση σε αυτές τις τεράστιες ποσότητες δεδομένων. Ωστόσο, για να γίνει αυτό θα απαιτηθούν σημαντικές επενδύσεις σε υποδομές, πόρους και τεχνολογία για την αποτελεσματική συλλογή, διαχείριση, ανάλυση και ερμηνεία αυτών των ροών δεδομένων. 
6. Η τεχνητή νοημοσύνη και η μηχανική μάθηση έχουν σημαντικές δυνατότητες να φέρουν επανάσταση στις διαδικασίες επιστημονικής έρευνας. Αυτές οι τεχνολογίες μπορούν να βελτιώσουν διάφορες πτυχές της έρευνας, συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης δεδομένων, της αναγνώρισης προτύπων και της δημιουργίας υποθέσεων. Ωστόσο, η πλήρης υλοποίηση αυτών των ευκαιριών θα απαιτήσει σημαντικές επενδύσεις στα μαθηματικά και στους υπολογιστές.

Διασταύρωση με πρόσφατες πρωτοβουλίες CCC

Αυτή η αναφορά ενισχύει ορισμένα από τα θέματα για τα οποία ενδιαφέρεται ή εργάζεται το CCC, όπως το Full Stack Task Force. Αυτή η ομάδα εργασίας εστιάζει σε οτιδήποτε υπάρχει σε ένα σύστημα υπολογιστή και στον τρόπο με τον οποίο αυτές οι τεχνολογίες διασυνδέονται με τους χρήστες και τους προγραμματιστές. Συζητήσεις γύρω από τον υπολογισμό exascale, τον κβαντικό και τον νευρομορφικό υπολογισμό είναι μεταξύ των πολλών συζητήσεων στην ομάδα. Στην πραγματικότητα, ένα από τα μέλη του Full Stack Task Force, ο Bill Gropp στο Πανεπιστήμιο του Illinois στην Urbana-Champaign, υπηρετεί στο συμβούλιο του CCC και είναι ειδικός στον υπολογισμό exascale όπου εργάζεται σε αυτήν την τεχνολογία. 

Εκδηλώσεις όπως το εργαστήριο The Community Driven Approaches to Research in Technology & Society (CDARTS) μοιράζονται παρόμοιους στόχους με αυτήν την έκθεση για να φέρει κοντά τους ερευνητές στον τομέα της πληροφορικής και τις κοινότητες που επηρεάζονται από τις επιπτώσεις των συστημάτων AI. Το εργαστήριο CDARTS ασχολήθηκε με τον τρόπο με τον οποίο η υπολογιστική έρευνα μπορεί να υποστηρίξει τις ανάγκες τους και τις βέλτιστες πρακτικές για συνεργασία.

Το CCC μόλις ολοκλήρωσε επίσης μια σειρά 6 στρογγυλών τραπεζών για τη δημιουργία διεπιστημονικών βέλτιστων πρακτικών για την υπολογιστική έρευνα, η οποία σχετίζεται με τις πολυάριθμες αναφορές στην έκθεση σχετικά με την επείγουσα ανάγκη για διεπιστημονικές συνεργασίες. Το CCC θα δημοσιεύσει μια κοινή έκθεση με τον CRA για το θέμα τους επόμενους μήνες.

Το CRA και το SIAM συνδέονται με πολλούς τρόπους. Ο πρόεδρος της SIAM Task Force Bruce Hendrickson από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore ήταν μόλις εκλεγμένα στο Διοικητικό Συμβούλιο του ΟΑΠΙ. Η Mary Hall, διευθύντρια της Σχολής Υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα, έχει επίσης υπηρετήσει στην ομάδα εργασίας και είναι στο διοικητικό συμβούλιο του CRA, ενώ υπηρετεί στην Εκτελεστική Επιτροπή του CRA. Διαβάστε την πλήρη έκθεση της SIAM Task Force εδώ.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://feeds.feedblitz.com/~/874676597/0/cccblog~New-SIAM-Report-Explores-the-Challenges-Facing-the-Future-of-Computational-Science/