الحوسبة في خدمة العلوم

يجري العمل في إحدى غرف مختبر "أوك ردج" الوطني (Oak Ridge National Laboratory) في تينيسي، على تجهيز الحاسوب الفائق الأقوى في الولايات المتحدة، بغرض التوصل لحلول لبعض أكبر المعضلات العلمية. وصُمم حاسوب "ساميت" الفائق ليخلف حاسوب "تيتان" (Titan) الفائق عالي الأداء، المستخدم في مختبر "أوك ردج" الوطني حالياً.

ولا تعتبر الحواسيب الفائقة أمراً مستجداً، وتساهم الحوسبة عالية الأداء التي تقدمها هذه الحواسيب في جعلها مثالية لإدارة مسائل حوسبية أكبر وأكثر تعقيداً، مثل تلك التي تتناول معضلات علمية. ويعتبر بادي بلاند، مدير مشروع منشأة "أوك ردج" لريادة الحوسبة، أن هذا النوع من المعضلات الكبيرة سيشكل اختباراً مناسباً لقدرات "ساميت".

وقال في حديث له مع "نوكسفيل نيوز سنتنيل" (Knoxville News Sentinel): "سنحاول حل بعض المعضلات الكبرى"، في إشارة إلى فترة "العلوم المبكرة" التي سينشغل بها حاسوب "ساميت" بمجرد مباشرته العمل في عام 2018. وستُجهّز باقي أجزاء "ساميت" في فبراير المقبل. وقال بلاند: "نتوقع بحلول ذلك الوقت أن يتم بناء الآلة وقبولها خلال الصيف المقبل".

وبمجرد استكماله، ستتضمن المعضلات العلمية التي سيتناولها "ساميت" اختبار وتطوير مواد تصنيع أقوى وأخف وزناً، واستخدام الموجات الصوتية لرسم مخطط لباطن الأرض، وغيرها من مشاريع الفيزياء الفلكية التي تحاول سبر غموض أصل الكون.

وقال بلاند: "سنقوم، على سبيل المثال، بدراسة مسببات انفجار المستعرات العظمى (supernovae)، حيث يتسبب انفجار النجوم في إيجاد جميع العناصر التي نجدها في الكون، وجميع العناصر التي تكوّن أجسادنا وكوكبنا". ويتوقع فريق مختبر "أوك ردج" الوطني توافر "ساميت" للاستخدام في الأبحاث المفتوحة في عام 2019.

حاسوب فائق أقوى بشكل كبير

تضم الصين أقوى حاسوب فائق حالياً، حيث يمكن لحاسوب "سان واي تايهو لايت" (The Sunway TaihuLight) أن يقوم بعمليات حسابية بسرعة تبلغ 93 بيتافلوب في الثانية، مع قدرة قصوى نظرية تصل إلى 125 بيتافلوب. وتقيس وحدة "فلوب" سرعة الحوسبة، ويعادل البيتافلوب ألف مليون مليون (10 ¹⁵) فلوب. وللمقارنة، فإن الحواسيب العادية حالياً قادرة على تقديم قدرة حوسبية تبلغ 63 جيجافلوب، على الرغم من أن شركة "إنتل" قامت بتطوير رقاقة يمكن أن تمنح الحاسوب المكتبي قدرة حوسبة تبلغ عدة وحدات من تيرافلوب.

وسيتمتع حاسوب "ساميت" بقدرة حسابية تبلغ 200 بيتافلوب، والتي ستتخطى قدرة "سان واي تايهو لايت". وسيكون قادراً على توفير هذه القدرات الحسابية بفضل الحوسبة المسرّعة بوحدة معالجة الرسومات، مما يعني أنه سيستخدم وحدة معالجة مركزية، مثل الحواسيب العادية، ولكنها مصحوبة بوحدات معالجة الرسومات (GPUs) لتأدية العمليات الحسابية. وتساهم وحدات معالجة الرسومات بخلق تأثيرات بصرية واقعية في ألعاب الفيديو، ولكنها تساعد العلماء عند استخدام الحواسيب الفائقة على فهم الظواهر الفيزيائية.

وقال بلاند، مشيراً إلى محاكاة لانفجار نجم أجراها مختبر "أوك ردج" الوطني باستخدام حاسوب "تيتان": "كنا قادرين، للمرة الأولى، على إجراء محاكاة ثلاثية الأبعاد لانفجار نجم، ووجدنا أنه ليس متناظراً من جميع الجهات. وعندما يبدأ نجم بالانهيار داخلياً على نفسه ثم ينفجر، فإنه ينتج عن ذلك أجسام متدحرجة ومتساقطة".

وباختصار، سيكون "ساميت" أسرع حاسوب فائق بحلول عام 2018. ولكن مختبر "أوك ردج" الوطني لا ينوي التوقف عند ذلك الحد، حيث يخطط لتطوير أول حاسوب قادر على القيام بعمليات حسابية بسرعة إكسافلوب، بحلول عام 2021، والذي سيكون قادراً على معالجة المعلومات بسرعة مليار مليار عملية في الثانية. ويعد ذلك أسرع 50 مرة من أسرع حاسوب فائق. وعلى الرغم من قوة هذه الحواسيب الفائقة، إلا أن العلماء يسعون لبناء حاسوب كمي عالمي.