خبير معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في أجهزة الكمبيوتر القوية والابتكار
سؤال وجواب: نيل طومسون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا حول قوة الحوسبة والابتكار
تم دعم الابتكار في العديد من الصناعات من خلال الزيادات السريعة في سرعة وقوة الرقائق الدقيقة، ولكن المسار المستقبلي لهذا التقدم المذهل قد يكون في خطر.
تنبأ جوردون مور، أحد مؤسسي شركة إنتل، بشكل مشهور بأن عدد الترانزستورات على الرقاقة الدقيقة سيتضاعف كل عام أو عامين.
يُعرف هذا التنبؤ بقانون مور. منذ سبعينيات القرن الماضي، تم تحقيق هذه التوقعات أو تجاوزها في الغالب؛ تتضاعف قوة المعالجة كل عامين تقريبًا، بينما تصبح الرقائق الدقيقة الأفضل والأسرع في المتناول.
لسنوات عديدة، كان هذا الارتفاع الهائل في قوة الكمبيوتر هو الدافع وراء الابتكار. ومع ذلك، في أوائل القرن الحادي والعشرين، بدأ الباحثون في إثارة مخاوف من أن قانون مور يمكن أن يتباطأ.
توجد قيود مادية على حجم وعدد الترانزستورات التي يمكن حشرها في معالج دقيق اقتصادي باستخدام تقنية السيليكون الحالية.
من أجل قياس قيمة أجهزة الكمبيوتر الأكثر فاعلية لتحسين النتائج عبر المجتمع، شرع نيل طومسون، عالم أبحاث في مختبر علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي (CSAIL) التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وكلية سلون للإدارة، ومجموعة أبحاثه في القيام بذلك فقط. الذي – التي.
قاموا بفحص خمس مجالات حيث تكون الحوسبة ضرورية، مثل التنبؤ بالطقس، والتنقيب عن النفط، وطي البروتين (مهم لاكتشاف الأدوية)، في ورقة عمل حديثة.
غابرييل إف مانسو وشونينج جي، وهما مساعدان بحثيان، هما مؤلفان مشاركان لورقة العمل.
اكتشفوا أن مساهمة قوة المعالجة في هذه التطورات تتراوح من 49 إلى 94٪. على سبيل المثال، يؤدي تعزيز قوة الكمبيوتر بمقدار عشرة إلى تحسين التنبؤات قبل ثلاثة أيام بثلث درجة في التنبؤ بالطقس.
ومع ذلك، فإن التقدم التكنولوجي في أجهزة الكمبيوتر بطيء، مما قد يكون له آثار كبيرة على الاقتصاد والمجتمع. ناقش طومسون هذه الدراسة وآثار زوال قانون مور في مقابلة مع إم آي تي نيوز.
س: كيف تعاملت مع هذا التحليل وقياس تأثير الحوسبة على المجالات المختلفة؟
أ: يعد تحديد تأثير الحوسبة على النتائج الحقيقية أمرًا صعبًا. الطريقة الأكثر شيوعًا للنظر في قوة الحوسبة، والتقدم في تكنولوجيا المعلومات بشكل عام، هي دراسة مقدار إنفاق الشركات عليها، والنظر في كيفية ارتباط ذلك بالنتائج. لكن الإنفاق هو مقياس يصعب استخدامه لأنه يعكس جزئيًا فقط قيمة القدرة الحاسوبية التي يتم شراؤها.
على سبيل المثال، قد تكلف شريحة الكمبيوتر اليوم نفس تكلفة العام الماضي، ولكنها أيضًا أكثر قوة. يحاول الاقتصاديون التكيف مع هذا التغيير في الجودة، ولكن من الصعب فهم ما يجب أن يكون عليه هذا الرقم بالضبط. بالنسبة لمشروعنا، قمنا بقياس قوة الحوسبة بشكل أكثر مباشرة – على سبيل المثال، من خلال النظر في قدرات الأنظمة المستخدمة عند إجراء طي البروتين لأول مرة باستخدام التعلم العميق. بالنظر مباشرة إلى القدرات،
س: كيف تمكّن أجهزة الكمبيوتر الأكثر قوة من تحسين التنبؤ بالطقس والتنقيب عن النفط وطي البروتين؟
ج: الإجابة المختصرة هي أن الزيادة في قوة الحوسبة كان لها تأثير هائل على هذه المجالات. من خلال التنبؤ بالطقس، وجدنا أنه كانت هناك زيادة بمقدار تريليون ضعف في مقدار قوة الحوسبة المستخدمة لهذه النماذج. هذا يضع في الاعتبار مقدار زيادة قوة الحوسبة، وكذلك كيفية تسخيرنا لها.
هذا ليس مجرد شخص يأخذ برنامجًا قديمًا ويضعه على جهاز كمبيوتر أسرع؛ بدلاً من ذلك، يجب على المستخدمين إعادة تصميم الخوارزميات الخاصة بهم باستمرار للاستفادة من طاقة الكمبيوتر 10 أو 100 مرة.
لا يزال هناك الكثير من البراعة البشرية التي يجب أن تساهم في تحسين الأداء، ولكن ما تظهره نتائجنا هو أن الكثير من هذه البراعة تركز على كيفية تسخير محركات الحوسبة الأكثر قوة من أي وقت مضى.
يعتبر التنقيب عن النفط حالة مثيرة للاهتمام لأنه يزداد صعوبة بمرور الوقت حيث يتم حفر الآبار السهلة، وبالتالي فإن ما تبقى هو أكثر صعوبة.
تحارب شركات النفط هذا الاتجاه مع بعض أكبر أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم، حيث تستخدمها لتفسير البيانات الزلزالية ورسم خرائط للجيولوجيا تحت السطحية. هذا يساعدهم على القيام بعمل أفضل في الحفر في المكان المناسب تمامًا.
كان استخدام الحوسبة لأداء عملية طي البروتين بشكل أفضل هدفًا طويل الأمد لأنه مهم لفهم الأشكال ثلاثية الأبعاد لهذه الجزيئات، والتي بدورها تحدد كيفية تفاعلها مع الجزيئات الأخرى.
في السنوات الأخيرة، حققت أنظمة AlphaFold اختراقات ملحوظة في هذا المجال. يُظهر تحليلنا أن هذه التحسينات يمكن التنبؤ بها جيدًا من خلال الزيادات الهائلة في قوة الحوسبة التي تستخدمها.
س: ما هي بعض أكبر التحديات التي واجهت إجراء هذا التحليل؟
أ: عندما ينظر المرء إلى اتجاهين ينموان بمرور الوقت، في هذه الحالة الأداء وقوة الحوسبة، فإن أحد أهم التحديات هو فك الارتباط بين العلاقة السببية وما هو في الواقع مجرد ارتباط.
يمكننا الإجابة على هذا السؤال جزئيًا، لأنه في المجالات التي درسناها، تستثمر الشركات مبالغ ضخمة من المال، لذا فهي تقوم بالكثير من الاختبارات.
في نمذجة الطقس، على سبيل المثال، لا ينفقون فقط عشرات الملايين من الدولارات على آلات جديدة ثم يأملون أن تعمل.
يقومون بإجراء تقييم ووجدوا أن تشغيل نموذج لمدة ضعف المدة يؤدي إلى تحسين الأداء. ثم يشترون نظامًا قويًا بما يكفي لإجراء ذلك الحساب في وقت أقصر حتى يتمكنوا من استخدامه عمليًا. هذا يعطينا الكثير من الثقة. ولكن هناك أيضًا طرق أخرى يمكننا من خلالها رؤية السببية. NOAA (الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي) للتنبؤ بالطقس. وعندما قاموا بشراء جهاز كمبيوتر أكبر وتم تثبيته مرة واحدة، يقفز الأداء حقًا.
س: هل كانت هذه التطورات ممكنة بدون الزيادات الأسية في قوة الحوسبة؟
أ: هذا سؤال صعب لأن هناك الكثير من المدخلات المختلفة: رأس المال البشري، ورأس المال التقليدي، وكذلك قوة الحوسبة.
الثلاثة يتغيرون بمرور الوقت. يمكن للمرء أن يقول، إذا كان لديك زيادة قدرها تريليون ضعف في قوة الحوسبة، فمن المؤكد أن هذا له التأثير الأكبر.
وهذا حدس جيد، ولكن عليك أيضًا أن تأخذ في الحسبان تناقص العوائد الهامشية. على سبيل المثال، إذا انتقلت من عدم وجود جهاز كمبيوتر إلى امتلاك جهاز كمبيوتر واحد، فهذا تغيير كبير.
ولكن إذا انتقلت من امتلاك 100 جهاز كمبيوتر إلى امتلاك 101 جهاز كمبيوتر إضافي، فلن يوفر هذا الجهاز الإضافي نفس القدر من المكاسب.
إذن، هناك قوتان متنافستان – زيادات كبيرة في الحوسبة من جهة، بينما تتناقص الفوائد الهامشية على الجانب الآخر. يُظهر بحثنا أنه على الرغم من أننا نمتلك بالفعل قدرًا هائلاً من القوة الحاسوبية،
س: ما هي الآثار المترتبة على تباطؤ قانون مور؟
ج: إن التداعيات مقلقة للغاية. مع تحسن الحوسبة، فإنها تعزز تنبؤات أفضل بالطقس والمجالات الأخرى التي درسناها، ولكنها أيضًا تحسن عددًا لا يحصى من المجالات الأخرى التي لم نقيسها ولكنها مع ذلك أجزاء مهمة من اقتصادنا ومجتمعنا. إذا تباطأ محرك التحسين هذا، فهذا يعني أن كل تأثيرات المتابعة هذه تتباطأ أيضًا.
قد لا يتفق البعض مع ذلك، بحجة أن هناك العديد من طرق الابتكار – إذا تباطأ أحد المسارات، فسوف تعوضه طرق أخرى. في مستوى ما هذا صحيح.
على سبيل المثال، نشهد بالفعل اهتمامًا متزايدًا بتصميم رقائق الكمبيوتر المتخصصة كوسيلة للتعويض عن نهاية قانون مور. لكن المشكلة تكمن في حجم هذه الآثار.
كانت المكاسب من قانون مور كبيرة جدًا لدرجة أنه في العديد من مجالات التطبيق، لن تتمكن مصادر الابتكار الأخرى من تعويضها.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
