Ny SIAM-rapport undersöker de utmaningar som beräkningsvetenskapens framtid står inför » CCC-bloggen

Ny SIAM-rapport undersöker de utmaningar som beräkningsvetenskapens framtid står inför » CCC-bloggen

Tidsstämpel: 29 mars 2024 12:24

År 2023 gav Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), en ansluten professionell föreningsmedlem till CRA, en arbetsgrupp i uppdrag att utforma en strategisk vision för uppkommande utmaningar i framtiden för beräkningsvetenskap. Tidigare denna månad släppte arbetsgruppen sin rapport, med titeln Beräkningsvetenskapens framtid. CCC är glada över att lyfta fram vikten och aktualiteten i denna rapport där många teman bekräftas av våra visionsaktiviteter och rapporter. 

Som nämnts i rapporten var USA den obestridda ledaren inom avancerad beräknings- och beräkningsvetenskap. Arbetsgruppen uppger att det ledarskapet under de senaste åren har utmanats av strategiska rivaler. Future of Computational Science-rapporten skapades för att ta upp sätt att övervinna betydande utmaningar för att säkerställa ett fortsatt amerikanskt ledarskap.

Denna rapport understryker den ökande betydelsen av tvärvetenskapligt samarbete. Genombrott inom beräkningsvetenskap uppstår ofta från samarbetet mellan experter från olika områden, vilket främjar innovation och driver framsteg.

Att vårda nästa generation av beräkningsforskare är också viktigt för att upprätthålla framsteg inom datorområdet. Det bör finnas robusta utbildningsprogram och initiativ för utveckling av arbetskraften för att utrusta kommande generationer med de färdigheter som behövs för att hantera nya utmaningar.

Andra artiklar belyser de etiska konsekvenserna av beräkningsforskning, förespråkar ansvarsfull praxis, transparens och ansvarsskyldighet för att säkerställa att tekniska framsteg gynnar samhället som helhet.

Innovation och upptäckt, samhällelig påverkan och globala utmaningar

Flera områden i denna rapport belyser tre punkter: 

Innovation och upptäckt: Genom att främja tvärvetenskapligt samarbete och omfamna framväxande teknologier kan beräkningsforskare låsa upp nya kunskapsgränser och driva innovation inom olika domäner.

Samhällspåverkan: När beräkningsvetenskapen fortsätter att utvecklas kommer dess inverkan på samhället bara att växa. Etiska överväganden måste prioriteras för att säkerställa att tekniska framsteg etableras på ett ansvarsfullt och rättvist sätt.

Globala utmaningar: Från klimatförändringar till hälso- och sjukvård till cybersäkerhet och vidare, beräkningsvetenskap har en viktig roll att spela för att ta itu med globala utmaningar. Genom att utnyttja beräkningsverktyg och tekniker kan forskare utveckla lösningar på komplexa problem som påverkar mänskligheten som helhet.

Viktiga resultat i rapporten inkluderar:

  1. Dataforskare och finansiärer bör fokusera på att etablera mer omfattande datavetenskapliga program. Detta innebär att avsätta medel, personal och infrastruktur för att stödja vetenskaplig forskning och problemlösning med hjälp av beräkningsmetoder. Ett program inkluderar Department of Energys (DOE) Exascale Computing Project, beläget vid Oak Ridge National Laboratory. Detta projekt syftar till att förbereda forskare och datoranläggningar för exascale, en nivå av superdatorer som kan göra minst en exaFLOPS flyttalsberäkning per sekund för att stödja expansiva arbetsbelastningar. För att fullt ut kunna utnyttja ECP-teknik och framtida hårdvara måste programmet göra framsteg inom både tillämpad matematik och datavetenskap. Detta kan innebära utveckling av algoritmer, numeriska metoder och mjukvaruverktyg optimerade för högpresterande datormiljöer.
  2. Förutom att utnyttja nuvarande framsteg bör Exascale Computing Program förutse och förbereda sig för framtida utvecklingar inom högpresterande datoranvändning. Detta inkluderar investeringar i forskning och utveckling för att dra nytta av kommande hårdvaruförbättringar. Samarbete framhålls som avgörande för framgång. Programmet bör främja partnerskap mellan tillämpade matematiker, datavetare och applikationsvetare. Detta tvärvetenskapliga tillvägagångssätt säkerställer att beräkningslösningar är effektivt skräddarsydda för att hantera kritiska nationella utmaningar inom olika domäner.
  3. Nationen kräver en omfattande uppsättning investeringar för att garantera varaktig utveckling av högpresterande datorteknik. Det är viktigt att inte bara uppnå exascale computing, utan också säkerställa att utvecklingen av sådana kapaciteter sträcker sig längre för att möta landets pågående och föränderliga krav inom området avancerad beräkningsvetenskap.
  4. Att investera i alternativa datortekniker som neuromorfisk och kvantberäkningar är avgörande för att möta betydande utmaningar i framtiden som konventionella datorarkitekturer kanske inte kan klara av. Neuromorphic computing är inspirerad av den mänskliga hjärnans struktur och funktion. Det syftar till att utveckla datorsystem som efterliknar hjärnans neurala nätverk, vilket möjliggör mer effektiv och flexibel bearbetning av information, särskilt i uppgifter relaterade till mönsterigenkänning, inlärning och anpassning. Kvantberäkningar använder kvantmekanikens principer för att utföra beräkningar. Kvantdatorer har potential att lösa vissa typer av problem exponentiellt snabbare än klassiska datorer, särskilt inom områden som kryptografi, optimering och simulering.
  5. I takt med att tekniken går framåt, genererar vetenskapliga instrument och anläggningar allt större och komplexa datauppsättningar. För att fortsätta utvecklas kommer forskare att behöva tillgång till dessa enorma mängder data. Men att göra det kommer att kräva betydande investeringar i infrastruktur, resurser och teknik för att effektivt samla in, hantera, analysera och tolka dessa dataströmmar. 
  6. Artificiell intelligens och maskininlärning har betydande potential att revolutionera vetenskapliga forskningsprocesser. Dessa teknologier kan förbättra olika aspekter av forskning, inklusive dataanalys, mönsterigenkänning och hypotesgenerering. Men att fullt ut förverkliga dessa möjligheter kommer att kräva betydande investeringar i matematik och datoranvändning.

Korsning med senaste CCC-initiativ

Den här rapporten förstärker några av de ämnen som CCC är intresserad av eller arbetar med, till exempel Full Stack Task Force. Denna arbetsgrupp fokuserar på allt som ingår i ett datorsystem och hur dessa teknologier samverkar med användare och utvecklare. Samtal kring exascale computing, quantum och neuromorphic computing är bland de många diskussionerna i gruppen. Faktum är att en av Full Stack Task Force-medlemmarna, Bill Gropp vid University of Illinois i Urbana-Champaign, sitter i CCC:s råd och är expert på exascale computing där han arbetar med denna teknik. 

Evenemang som The Community Driven Approaches to Research in Technology & Society (CDARTS) workshop delar liknande mål som denna rapport för att sammanföra forskare inom datorer och de samhällen som påverkas av effekterna av AI-system. CDARTS-workshopen behandlade hur datorforskning kan stödja deras behov och bästa praxis för samarbete.

CCC har också precis avslutat en 6 rundabordsserie om att etablera tvärvetenskapliga bästa praxis för dataforskning, vilket är relevant för de många omnämnandena i rapporten om det akuta behovet av tvärvetenskapliga samarbeten. CCC kommer att släppa en gemensam rapport med CRA om ämnet under de kommande månaderna.

CRA och SIAM hänger ihop på många sätt. SIAM Task Force ordförande Bruce Hendrickson från Lawrence Livermore National Laboratory var precis valdes till CRA:s styrelse. Mary Hall, direktör för School of Computing vid University of Utah, har också suttit i arbetsgruppen och sitter i CRA:s styrelse samtidigt som hon har varit i CRA:s verkställande kommitté. Läs hela rapporten från SIAM Task Force här..

Tidsstämpel:

Mer från CCC blogg