جامعة كاويست: تطور برمجيات جديدة لتحليل محاكاة الحواسيب العملاقة

قام مؤخرا مركز التصوير العلمي التابع لجامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية ( كاوست) بتطوير برمجيات جديدة مفتوحة المصدر لتحليل محاكاة الحواسيب العملاقة..

تُقدم المختبرات الأساسية الـ ١٢ بـ (كاوست) الدعم الفني والمعدات الحديثة اللازمة في جميع المجالات العلمية والبحثية ذات الأهمية الاستراتيجية للجامعة. وتضم تلك المختبرات خبرات كبيرة معنية بصورة رئيسية في تطوير وتحسين العمليات التي تهدف لتسريع الأبحاث. ومن الأمثلة على هذه الجهود نظام إنشيمتو (Inshimtu) الذي طوره مركز التصوير العلمي ونشره في ورقة بحثية في المؤتمر الدولي للحوسبة عالية الأداء لعام ٢٠٢٣. وفقا لـ كاوست

تعتبر الحوسبة الفائقة اليوم من المجالات العلمية المهمة التي تساهم بقوة في تغيير العالم لقدرتها على تقديم تنبؤات دقيقة لمجموعة من الظواهر المعقدة، مثل ارتفاع منسوب سطح البحر، وانتشار الأمراض، والتداعيات الاقتصادية الناجمة عن إفلاس المصارف. حيث تساعد تحليلاتها المتفوقة على اتخاذ إجراءات وقائية وتحقيق استجابة أفضل للاضطرابات العالمية.

 إلا أن هذه المزايا تأتي بتكلفة تشغيلية باهظة نتيجة الاستهلاك الكبير للطاقة لأجهزة الحاسوب العملاقة، فضلًا عن حاجتها إلى تخزين كميات هائلة من البيانات. وفي هذا السياق، يستخدم العلماء تقنية التصوير المكاني لتحديد ما إذا كانت هذه التكلفة مبررة.

يقدم التصور المكاني لمحة عن المحاكاة التي يتم تشغيلها على حاسب آلي فائق السرعة. ويُسهّل على العالم التحقق من أن المحاكاة تعمل بشكل صحيح قبل انطلاقها وحتى اكتمالها، تمامًا مثل التحقق من الخريطة للتأكد من أنك على الطريق الصحيح قبل الوصول إلى وجهتك النهائية. ومع ذلك، فإن تطبيق هذه التقنية في الموقع أمر صعب جدًا لدرجة أن العلماء يترددون في استخدامها. واستجابة لذلك، تم تطوير نظام إنشيمتو (Inshimtu) الخاص بمختبر التصوير العلمي في كاوست، وهو نظام مبتكر للتصوير المكاني يهدف لمساعدة علماء البيانات وعلماء الحاسب الآلي في التحقق من جدوى المحكاة الحاسوبية.

يشار إلى أن تقنية التصوير المكاني هي من التقنيات المعقدة من ناحية استهلاك الوقت والطاقة. ويشكل ذلك تحديًا كبيرًا للعديد من العلماء الذين يرغبون في استخدامها. لدرجة أن الوقت والطاقة اللازمين لتشغيل هذه التقنية قد يكون أكبر من الوقت والطاقة المهدرة نتيجة مقاطعة المحاكاة الخاطئة. وهو ما يوضحه السيد توماس ثيوسيل، عالم التصوير في مختبر التصوير العلمي في كاوست ومؤلف الدراسة، يقول “يقضي علماء المحاكاة الكثير من الوقت والجهد في كتابة التعليمات البرمجية الخاصة بهم. ولا يريدون تغيير أي شيء دون معرفة ما إذا كان ذلك مفيدًا أم لا”.

تم تصميم نظام إنشيمتو لتبسيط عملية تنفيذ المحاكاة باستخدام برمجيات (ParaView Catalyst)، وهي مجموعة أدوات قياسية حاسوبية مفتوحة المصدر تُستخدم للبحث في الموقع، وتمكن النظام من تقديم صور علمية باستخدام ملفات المحاكاة الموجودة دون إجراء تغييرات على شفرة المحاكاة وبالتالي تقدم لنا صورة عن كيفية تصرف نظام معقد في عدة ظروف نظرية مختلفة.

وفي حين أن التصوير المكاني يهدف إلى تقليل متطلبات الذاكرة والوقت الذي تستغرقه التجارب، فإن نظام إنشمتو الجديد لا يفعل ذلك. إذا أن وظيفته الأساسية هي تمكين العلماء من الحكم على المحاكاة لتحديد ما إذا كان تطبيقها في الموقع على الشفرة الخاصة بهم أمرًا جديرًا بالاهتمام.

ويشرح الدكتور جيمس كريس، وهو عضو آخر في مختبر التصوير العلمي في كاوست ومؤلف مشارك للورقة البحثية “إنشمتو ليس حلاً؛ وإنما نقطة انطلاق. فهو ليس مصممًا لتوفير التكلفة أو الوقت، ولكنه يوضح فوائد التصوير المكاني لمساعدة العلماء على تحديد ما إذا كان الجهد مبررًا من خلال توفير محاكاة مبسطة لمثل هذه الحالات”.

تشرح الدراسة بصورة مفصلة مبادئ نظام إنشمتو وطرق استخدامه، وتقدم دراسة حالة لمحاكاة نموذج الطقس الذي يعمل على الحاسوب العملاق شاهين ٢ في كاوست. ومن ناحية أخرى، فإن مختبر التصوير العلمي في كاوست جعل نظام إنشمتو مفتوح المصدر لتشجيع المزيد من العلماء على اعتماده في عملية التصور المكاني خلال عمليات المحاكاة الخاص بهم.