تلاش آمریکا برای بازطراحی معماری علمی با مأموریت Genesis

01

از 05

مأموریت Genesis آمریکا دنبال ساخت چه چیزی است؟

در قلب این طرح، ایجاد American Science and Security Platform قرار دارد. این سامانه یک سیستم پژوهشی امن در مقیاس ملی است که ابررایانه‌های آزمایشگاه‌های وزارت انرژی، محیط‌های محاسباتی AI مبتنی بر cloud، مدل‌های علمی و مجموعه‌داده‌های فدرال را یکپارچه می‌کند. این پلتفرم به گونه‌ای طراحی شده است که پژوهشگران مجبور نباشند بین سیستم‌های جدا از هم جابه‌جا شوند. در عوض، این محیط قرار است جایی باشد که agentهای AI بتوانند شبیه‌سازی اجرا کنند، داده‌های آزمایشی را تحلیل نمایند، فرضیه‌های تازه ارائه دهند و حتی آزمایشگاه‌های رباتیک را کنترل کنند.

طبق فرمان اجرایی، این سامانه باید محاسبات پیشرفته، foundation modelهای تخصصی، شبیه‌سازی‌های پیش‌بینی‌کننده، ابزارهای بهینه‌سازی طراحی و قابلیت‌های آزمایشی خودکار را در کنار هم قرار دهد و یک معماری کامل برای کشف علمی ایجاد کند. وزارت انرژی باید زیرساخت محاسباتی، منابع داده و تاسیسات آزمایشگاهی لازم را شناسایی و آماده کند. این کار باید با رعایت الزامات سختگیرانه درباره طبقه‌بندی، امنیت سایبری، بررسی همکاران و حفاظت از مالکیت فکری انجام شود.

در این مرحله، Exascale Computing Project پروژه ده‌ساله Exascale Computing Project که زیر نظر وزارت انرژی آمریکا اجرا می‌شود، در این نقطه از مأموریت Genesis تبدیل به بخش بسیار مهم و حیاتی برنامه می‌شود و نقش اصلی در فراهم‌ کردن توان محاسباتی لازم را برعهده می‌گیرد. ابررایانه‌هایی مثل Frontier و Aurora که برای رسیدن به توان انجام یک کوینتیلیون محاسبه در ثانیه ساخته شده‌اند، ستون فقرات ماشینی مأموریت Genesis را تشکیل می‌دهند. این سیستم‌ها امکان آموزش foundation modelهای بزرگ علمی و اجرای شبیه‌سازی‌های بسیار پیچیده را فراهم می‌کنند و به این ترتیب، سال‌ها تحقیق را در چند روز فشرده می‌سازند.

02

از 05

چرا هوش مصنوعی می‌تواند سرعت علم را دگرگون کند

هوش مصنوعی امروز قادر است سرعت پیشرفت علمی را دگرگون کند، چرا که همین فناوری پشت بسیاری از دستاوردهایی قرار داشته است که تا چند سال قبل غیرممکن تصور می‌شد. نمونه‌های برجسته آن شامل حل مسئله دیرپای تاخوردگی پروتئین توسط AlphaFold، کنترل پایدار پلاسمای فوق‌داغ در رآکتورهای همجوشی با تکیه بر سامانه‌های هوش مصنوعی و کشف آنتی‌بیوتیک‌های تازه مانند Halicin با استفاده از مدل‌هایی است که می‌توانند فضای گسترده ترکیبات شیمیایی را جست‌وجو کنند.

این موفقیت‌ها به این دلیل رخ داده است که هوش مصنوعی توان پردازش داده‌هایی بسیار فراتر از ظرفیت انسان را دارد، می‌تواند میلیون‌ها حالت احتمالی را آزمایش کند و الگوهایی را آشکار نماید که پژوهشگران هرگز در زمان مناسب قادر به دیدن آنها نبودند. سامانه‌های Deep Learning کل ذخیره دانش یک حوزه علمی را جذب می‌کنند، قوانین بنیادین آن را می‌آموزند و سپس از این فهم برای طراحی مولکول‌های جدید، مواد تازه یا الگوهای متفاوت رآکتور استفاده می‌کنند. مأموریت Genesis Mission تلاش می‌کند با به‌کارگیری همین توان در زیرساخت علمی کشور، این قابلیت را به همه حوزه‌های پژوهشی مهم گسترش دهد.

03

از 05

هدف‌های علمی فوری مأموریت Genesis آمریکا

کاخ سفید از وزارت انرژی ایالات متحده خواسته است که فهرستی از حداقل بیست چالش ملی در علم و فناوری ارائه کند، که می‌توانند از این رویکرد مبتنی بر هوش مصنوعی سود ببرند. این چالش‌ها باید حوزه‌هایی مانند تولید پیشرفته، زیست‌فناوری، مواد حیاتی، شکافت و همجوشی هسته‌ای، علوم اطلاعات کوانتومی و نیمه‌رساناها را پوشش دهند. این فهرست پس از بررسی میان‌سازمانی تکمیل خواهد شد و مسیر فعالیت‌های اولیه این برنامه را مشخص می‌کند.

در اعلامیه وزارت انرژی سه هدف اصلی برجسته شده است: تقویت برتری انرژی آمریکا با کمک پژوهش‌های هسته‌ای، همجوشی و نوسازی شبکه برق با سرعت‌گرفتن از هوش مصنوعی؛ پیشبرد علم کشف از طریق پیوند فناوری‌های کوانتومی، ابررایانه‌ها و ابزارهای هوش مصنوعی در یک چرخه بازخورد مداوم؛ همچنین ارتقای امنیت ملی با مدل‌های پیشرفته هوش مصنوعی که ایمنی ذخایر هسته‌ای و توسعه مواد مورد نیاز دفاع را تقویت می‌کنند.

مقام‌های ارشد به بزرگی کاری که در جریان است تأکید دارند. Darío Gil، معاون وزارت انرژی در امور علم، این طرح را «لحظه‌ای سرنوشت‌ساز در آغاز عصر جدید علم آمریکا» می‌خواند و می‌گوید که این پلتفرم «یک ابزار علمی ماندگار» خواهد بود. Brandon Williams از اداره ملی امنیت هسته‌ای معتقد است که این برنامه «برتری راهبردی بی‌رقیب» آمریکا را حفظ می‌کند و Dr. John Wagner از شورای مدیران آزمایشگاه‌های ملی می‌گوید که این طرح به دانشمندان «توان کارکردن با سرعت نوآوری» را می‌دهد.

04

از 05

اتصال میان آزمایشگاه‌های ملی، صنعت و دانشگاه‌ها

یکی از اهداف محوری مأموریت Genesis ایجاد شبکه‌ای منسجم میان هفده آزمایشگاه ملی وزارت انرژی آمریکا، بخش خصوصی و دانشگاه‌ها است. این کار با استفاده از توافق‌نامه‌های استاندارد، منابع محاسباتی مشترک و چارچوب‌های یکسان برای استفاده از داده انجام می‌شود. این طرح شامل تدوین قوانین تازه برای Model-Sharing، نحوه مدیریت Trade Secrets، همکاری‌های تحقیق و توسعه مشترک، همچنین تضمین دسترسی ایمن پژوهشگران خارجی است.

کاخ سفید در کنار این اقدام، ایجاد برنامه‌های Fellowship، Internship و Apprenticeship را نیز ضروری دانسته است تا دانشجویان در محیط آزمایشگاه‌های ملی حضور یابند و شیوه‌های نوین پژوهش علمی مبتنی بر هوش مصنوعی را به‌ صورت عملی بیاموزند.

این برنامه در زمانی مطرح می‌شود که آمریکا شاهد موج گسترده‌ای از پروژه‌های خصوصی و دولتی در حوزه هوش مصنوعی و محاسبات پیشرفته است. هرچند برخی از این طرح‌ها بخشی رسمی از Genesis Mission نیستند، اما برنامه‌هایی مانند National AI Research Resource با هدف تسهیل دسترسی عمومی به زیرساخت‌های فدرال هوش مصنوعی و پروژه عظیم Stargate با مشارکت OpenAI، Oracle، SoftBank و MGX نمونه‌هایی روشن از گسترش سریع زیرساخت‌های هوش مصنوعی در کشور هستند. مأموریت Genesis در بخش فدرال این اکوسیستم قرار می‌گیرد و تمرکز خود را بر کشف علمی، امنیت و هماهنگی مرکزی قرار می‌دهد و به دنبال توسعه مستقیم مدل‌های تجاری نیست.

05

از 05

معماری تازه‌ای برای علم آمریکا

اگر مأموریت Genesis به نتیجه برسد، شیوه انجام علم در ایالات متحده آمریکا دگرگون خواهد شد. در این الگو، پژوهشگران و سیستم‌های هوش مصنوعی در تمامی مراحل چرخه کشف علمی در کنار یکدیگر کار می‌کنند. عامل‌های هوش مصنوعی قادر خواهند بود مواد و مولکول‌های جدید را پیش از آنکه انسان سنتز کند، شناسایی و تحلیل نمایند. همچنین این سیستم‌ها می‌توانند میلیون‌ها طرح مختلف برای سامانه‌های انرژی را پیش از ساخت نمونه اولیه مورد ارزیابی قرار دهند و نتایج آزمایش‌ها را با چنان سرعتی پردازش کنند که آزمایشگاه‌های رباتیک بتوانند به‌طور خودکار مرحله بعدی تحقیق را تعیین کنند.

این مأموریت تلاش می‌کند با ترکیب محاسبات فوق‌مقیاس، عظیم‌ترین مجموعه‌های داده علمی آمریکا و پیشرفته‌ترین امکانات آزمایشگاهی، زمان انجام پژوهش‌ها را کوتاه‌تر کند، دامنه مسائل قابل حل را افزایش دهد و برتری علمی پایدار برای ایالات متحده در حوزه‌های تعیین‌کننده قرن آینده ایجاد کند.

در دورانی که هوش مصنوعی تقریباً تمامی بخش‌های اقتصادی و صنعتی را دگرگون کرده، مأموریت Genesis پاسخی استراتژیک برای اطمینان از آن است که این دگرگونی به عمیق‌ترین لایه‌های پژوهش علمی نیز برسد. این مأموریت برای پژوهشگران و جامعه علمی نشانه ورود به مدلی تازه از تحقیق است؛ مدلی که بر پایه آزمایش‌های پراکنده یا الگوریتم‌های جداگانه بنا نشده است، بلکه بر یک پلتفرم ملی یکپارچه تکیه دارد که هدف اصلی آن، تسریع فرایند بنیادی انسان برای فهم جهان است.