نگاهی به تأثیر او بر علم در آرگون و فراتر از آن

نیوزویز – پس از بیش از شش سال پیشروی محاسبات علمی، ابررایانه تتا در آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) در پایان سال بازنشسته خواهد شد.

این دستگاه که در جولای 2017 راه اندازی شد، 202 میلیون ساعت محاسباتی را برای بیش از 600 پروژه فراهم کرده است که باعث پیشرفت در زمینه های مختلف از تحقیقات باتری تا علم همجوشی.

مایکل پاپکا، مدیر مرکز محاسبات رهبری Argonne (ALCF)، یکی از امکانات کاربر دفتر علوم DOE، گفت: «تتا یک سیستم اصلی برای علم در Argonne و فراتر از آن بوده است. تتا نه تنها ماموریت ما برای فعال کردن کمپین‌های علوم محاسباتی در مقیاس بزرگ را انجام داد، بلکه ابررایانه‌ای بود که تبدیل ما را به یک مرکز مصرف‌کننده که پشتیبانی می‌کرد ادامه داد. فراگیری ماشین و روش های علم داده در کنار پروژه های مدل سازی و شبیه سازی سنتی تر.

تتا مانند آرگون عمل می کند ابر رایانه مصادف با ظهور هوش مصنوعی (هوش مصنوعی) به عنوان ابزاری حیاتی برای علم. این سیستم بستری را در اختیار محققان قرار داد که می‌توانست ترکیبی از شبیه‌سازی را مدیریت کند. هوش مصنوعی و وظایف تجزیه و تحلیل داده ها که باعث تسریع تحقیقات پیشرو در زمینه های مختلف علمی می شود.

تقریباً همزمان با اولین حضور تتا در سال 2017، این مرکز برنامه علوم داده ALCF (ADSP) را برای پشتیبانی از پروژه‌های محاسباتی با کارایی بالا (HPC) راه‌اندازی کرد. فراگیری ماشین و دیگر هوش مصنوعی روش هایی برای مقابله با چالش های کلان داده این ابتکار همزمان با ایجاد جامعه جدیدی از کاربران، علم داده و قابلیت های یادگیری این مرکز را تقویت کرد.

«ADSP به راه‌اندازی تلاش‌های ما برای حمایت از داده‌های فشرده‌تر کمک کرد هوش مصنوعیونکات ویسوانات، رئیس تیم علم داده ALCF گفت: “پژوهش”. «کارکنان ما تجربه ارزشمندی را در کار با پروژه‌ها، ابزارها و فن‌آوری‌ها در خط مقدم استفاده به دست آورده‌اند. هوش مصنوعی برای علم. کار ما با Theta از طریق ADSP واقعاً راه را برای جوامع علمی بیشتری هموار کرده است که برای چالش های کلان داده خود به ALCF بیایند.

تتا توسط Polaris و سیستم exascale Aurora به عنوان ابرکامپیوترهای اولیه آزمایشگاه برای تحقیقات علوم باز جایگزین خواهد شد. معماری تتا اینتل و گسترش آن به واحدهای پردازش گرافیکی NVIDIA (GPU) نقشی کلیدی در کمک به تسهیلات و جامعه کاربری آن در انتقال به معماری هیبریدی Polaris و سخت‌افزار پیشرفته Aurora اینتل ایفا کرد.

تتا نه تنها ماموریت ما برای فعال کردن کمپین‌های علوم محاسباتی در مقیاس بزرگ را انجام داد، بلکه ابررایانه‌ای بود که تبدیل ما را به یک مرکز مصرف‌کننده که پشتیبانی می‌کرد ادامه داد. فراگیری ماشین و روش‌های علم داده در کنار پروژه‌های مدل‌سازی و شبیه‌سازی سنتی‌تر.» – مایکل پاپکا، مدیر ALCF

کالیان کوماران، مدیر ارشد فناوری ALCF گفت: ما از تتا چیزهای زیادی یاد گرفتیم. ​”این اولین ابررایانه مبتنی بر اینتل ما بود، بنابراین شروع همکاری نزدیک ما با اینتل در مسیر گسترش مقیاس بود. اضافه شدن بعدی GPU به ما پلتفرمی داد که پلتفرم ما را گرفت هوش مصنوعی برای توانایی های علمی و فشرده تجزیه و تحلیل داده ها به سطوح جدید.

پسوند سخت‌افزاری GPU این سیستم که با نام ThetaGPU شناخته می‌شود، توسط قانون کمک، امداد و امنیت اقتصادی 2020 کروناویروس (CARES) تامین می‌شود و در ابتدا به تحقیقات COVID-19 اختصاص داشت. مؤلفه مبتنی بر GPU بعداً برای همه پروژه‌های تحقیقاتی در دسترس قرار گرفت. پس از بازنشستگی Theta در پایان سال، سخت افزار ThetaGPU برای ایجاد یک ماشین جدید به نام Sophia برای کارهای تخصصی، از جمله تمرکز اولیه بر روی پشتیبانی، تغییر کاربری داده خواهد شد. هوش مصنوعی برای علم.

ابر کامپیوتر، علم فوق العاده

گذشته از سخت‌افزار قدرتمند، میراث سیستم، پیشرفت‌های تحقیقاتی خواهد بود که در طول سال‌ها آن را فعال کرده است. از شبیه‌سازی‌های مولکولی دقیق تا مدل‌های کیهانی عظیم، تتا از صدها پروژه تحقیقاتی محاسباتی فشرده پشتیبانی کرده است که تنها در یک مرکز ابررایانه‌ای مانند ALCF امکان‌پذیر است.

تتا به محققان این امکان را داده است تا برخی از بزرگترین شبیه سازی های جهان را اجرا کنند موتورها و ابرنواخترها. این سیستم تلاش ها را به سمت مدل سازی گسترش COVID-19 و ارزیابی مصرف انرژی ساختمان های کشور. فعال شد هوش مصنوعیتحقیق هدایت شده برای تسریع جستجو کاتالیزورها-for-decarbonization-technology-from-months-to” href=”https://www.anl.gov/article/machine-learning-model-speeds-up-assessing-کاتالیزورها-for-decarbonization-technology-from-months-to” target=”_blank”>new کاتالیزورها و کاندیداهای امیدوار کننده دارو. تتا همچنین تحقیق و توسعه در صنعت را تقویت کرد. به کمک فن آوری های TAE طراحی دستگاه های انرژی همجوشی خود را اطلاع می دهد، ترویج تلاش های 3M بهبود بهره وری انرژی در فرآیند تولید و تولید داده به کمک ComEd در آماده سازی برای اثرات بالقوه تغییرات آب و هوایی. لیست پروژه های علمی تاثیرگذار همچنان ادامه دارد.

کاترین رایلی، مدیر علوم ALCF می گوید: «نگاه به گذشته به طیف مطالعات ابتکاری انجام شده روی تتا شگفت انگیز است. ​”ما پروژه‌های HPC سنتی داشتیم که از تتا برای شبیه‌سازی در مقیاس‌های شدید استفاده می‌کردند، اما از برخی موارد استفاده جدید نیز پشتیبانی می‌کردیم که علمی را تحت فشار قرار دادند. فراگیری ماشین در مسیرهای جدید و هیجان انگیز.”

یکی از پیشگامان فراگیری ماشین این پروژه توسط ژاکلین کول از دانشگاه کمبریج رهبری می شود. با پشتیبانی ADSP، تیم او از تتا برای سرعت بخشیدن به فرآیند استفاده کرد شناسایی مواد جدید برای سلول های خورشیدی بهبود یافته. این کار با تلاش برای مرتب سازی صدها هزار مجله علمی برای جمع آوری داده ها در مورد طیف گسترده ای از ترکیبات شیمیایی آغاز شد. این تیم یک گردش کار خودکار ایجاد کرد که شبیه سازی، داده کاوی و فراگیری ماشین تکنیک هایی برای هدف قرار دادن امیدوارترین نامزدها از مجموعه ای از نزدیک به 10000 ترکیب. این به محققان اجازه داد تا پنج ماده با کارایی بالا را برای آزمایش های آزمایشگاهی شناسایی کنند.

کول گفت: «مزیت این فرآیند این است که مدیریت دستی قدیمی پایگاه‌های داده، که سال‌ها کار را شامل می‌شد، به چند ماه و در نهایت چند روز کاهش می‌دهد».

شبیه سازی انفجارهای ابرنواختر یکی دیگر از حوزه های تحقیقاتی است که از ماهیچه محاسباتی تتا سود می برد. به عنوان بخشی از یک پروژه چند ساله، آدام باروز از دانشگاه پرینستون در حال استفاده از این ابر رایانه برای اصلاح تکنیک های پیشرفته در اجرا است. شبیه سازی ابرنواختر به صورت سه بعدی. کار تیم تتا شامل انجام یکی از بزرگترین مجموعه‌های شبیه‌سازی ابرنواخترهای سه بعدی و طولانی‌ترین محاسبات سه بعدی ابرنواختر فیزیک کاملی بود که تاکنون انجام شده است. با پایان یافتن زمان حضورشان در تتا، تیم پرینستون قصد دارد به کار خود برای انجام شبیه‌سازی‌های سه بعدی طولانی‌تر و دقیق‌تر از ابرنواخترها در قطبیس و به زودی شفق قطبی ادامه دهد.

باروز گفت: «منابع بزرگ HPC آهنی مانند تتا، پولاریس و شفق قطبی در توانایی ما برای شبیه‌سازی واقعی این مشکل پیچیده هستند.

اگرچه تتا در پایان سال از نقش دائمی خود بازنشسته خواهد شد، اما این سیستم یک کمپین اکتشافی نهایی را در سال 2024 قبل از اینکه به طور رسمی خاموش شود، حفظ خواهد کرد. به عنوان بخشی از همکاری بین DOE پشتیبانی می شود همکاری علم انرژی تاریک LSST و محققان تحت حمایت ناسا، یک تیم چند نهادی از تتا برای تولید 3 میلیون تصویر شبیه سازی شده برای مطالعاتی که توسط تلسکوپ فضایی نانسی گریس رم و در رصدخانه Vera C. Rubin. این تیم مجموعه‌ای از نظرسنجی‌های دامنه زمانی رومن-روبین را در سطح پیکسل جداگانه ایجاد خواهد کرد. این تصاویر دقیق، امکان اکتشاف فرصت‌های علمی مشترک با تاثیر بالا را بین این دو بررسی، به‌ویژه برای مطالعات انرژی تاریک، فراهم می‌کند.

رایلی گفت: «این یک آخرین هیجان بسیار هیجان انگیز برای تتا خواهد بود. ما انتظار داریم که شبیه‌سازی‌های این تیم برای سال‌های آینده اکتشافات جدیدی را در کیهان‌شناسی و اخترفیزیک انجام دهد.»

تسهیلات محاسباتی رهبری آرگون قابلیت‌های ابر محاسباتی را به جامعه علمی و مهندسی برای پیشبرد کشف و درک بنیادی در طیف گسترده‌ای از رشته‌ها ارائه می‌کند. ALCF که توسط برنامه تحقیقات محاسبات علمی پیشرفته (ASCR) وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) پشتیبانی می شود، یکی از دو مرکز محاسباتی رهبری DOE در کشور است که به علم باز اختصاص دارد.

آزمایشگاه ملی آرگون به دنبال راه حلی برای مشکلات مبرم ملی در علم و فناوری است. اولین آزمایشگاه ملی کشور، Argonne، تحقیقات پایه و کاربردی پیشرو را در تقریباً هر رشته علمی انجام می دهد. محققان Argonne از نزدیک با محققین صدها شرکت، دانشگاه و سازمان های فدرال، ایالتی و شهرداری همکاری می کنند تا به آنها کمک کنند تا مشکلات خاص خود را حل کنند، رهبری علمی آمریکا را ارتقا دهند و کشور را برای آینده ای بهتر آماده کنند. با کارکنان بیش از 60 کشور، Argonne توسط مدیریت می شود UChicago Argonne, LLC برای دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده.

دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://energy.gov/scence.