باحثو شركة IBM يتقاسمون جائزة في مجال الحوسبة المتوازية لمحاكاة حركة الصفائح التكتونية والزلازل

تمكن الباحثون من تطوير خوارزمية فعالة باستخدام منهج رياضي يُعرف باسم "الحل الضمني" وقاموا بتشغيله على جهاز كمبيوتر "Sequoia"، وهو جهاز كمبيوتر BlueGene/Q من شركة IBM، والذي تم تثبيته في مختبر لورانس ليفرمور الوطني، والذي يعد حاليًا واحدًا من أسرع أجهزة الكمبيوتر في العالم. أجهزة الكمبيوتر في العالم

فاز باحثون من مختبرات أبحاث شركة آي بي إم، وعلماء من جامعات تكساس ونيويورك ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، بجائزة جوردون بيل لعام 2015 لنجاحهم في بناء محاكاة واقعية للقوى الداخلية في قلب الأرض، والتي تقف وراء حركة الصفائح التكتونية. قد يكون هذا العمل خطوة مهمة نحو فهم أفضل للزلازل والنشاط البركاني.

أصبح هذا الإنجاز البحثي ممكنًا بفضل الخوارزميات المتقدمة التي تعمل على "Sequoia"، وهو جهاز كمبيوتر IBM BlueGene/Q، تم تثبيته في المختبر الوطني الذي يحمل اسم لورانس ليفرمور، والذي يعد حاليًا أحد أسرع أجهزة الكمبيوتر في العالم.

وقام فريق الباحثين بتطوير خوارزميات مبتكرة ضمن منهج رياضي يعرف باسم "الحل الضمني"، وذلك لتقديم محاكاة واقعية لمعالم الأرض، بمستوى غير مسبوق من الدقة والدقة. وباستخدام هذه النماذج، تمكن الباحثون من التنبؤ بحركات الصفائح التكتونية التي تشكل سطح الأرض والقوى المؤثرة عليها - مع محاكاة تدفق الوشاح الأساسي. يتطلب إجراء المحاكاة التعامل مع أكثر من 600 مليار معادلة غير خطية ويعتبر إكمالها علامة فارقة في تاريخ علوم الكمبيوتر.

تم بناء نظام Sequoia من 96 خزانة قاعدة BlueGene/Q، ويوفر معدل معالجة نظري أقصى يبلغ 20.1 بيتافلوب. تشتمل كل خزانة قاعدة على 1,024 عقدة معالجة، تحتوي كل منها على شريحة POWER ذات 16 نواة، مصممة لمعالجة البيانات الضخمة وتعمل بسرعة 1.6 جيجا هرتز.

سجلت التعليمات البرمجية التي كتبها أعضاء الفريق كفاءة عمل متوازية غير مسبوقة، عندما تمكن من تقديم معدل كفاءة بنسبة 97% عند توسيع نطاق النظام للعمل على 1.6 مليون مركز - وهذا أيضًا رقم قياسي عالمي. وقد ولد هذا الإنجاز بفضل إعادة التفكير في نموذج المعالجة بأكمله، بدءًا من مستوى النموذج الرياضي إلى الخوارزميات الرقمية، عند تطبيقه في بيئة متوازية على نطاق واسع. قام الفريق ببناء الخوارزمية بطريقة تسمح له بالتعامل بشكل جيد مع توسيع نطاق المعالجة الشاملة للعمليات التي تجري في قشرة الأرض، وتحقيق أقصى استفادة من البنية الموازية الفريدة للكمبيوتر العملاق BlueGene/Q.

على الرغم من أن حركة الصفائح التكتونية والعمليات التي تحدث في القشرة الأرضية وفي طبقة الصهارة القريبة منها هي سبب رئيسي للزلازل والانفجارات البركانية وأمواج التسونامي، إلا أن بعض المبادئ الأساسية وراء هذه الظواهر لا تزال لغزا للباحثين. في الواقع، تم تقديم فهم هذا المجال باعتباره واحدًا من أكبر عشرة تحديات تواجه البحث العلمي، في قائمة حددتها الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم.
تُمنح جائزة جوردون بيل سنويًا لأعظم إنجاز علمي في تطبيق الحوسبة المتوازية لحل تحديات العلوم والهندسة وتحليلات البيانات واسعة النطاق. وتحمل الجائزة اسم جوردون بيل، أحد رواد الحوسبة عالية الأداء والحوسبة المتوازية.