أهم الموضوعاتأخبارالطاقةصحة الكوكب

التكلفة الخفية للبيانات الضخمة.. ماهي البصمة الكربونية للعلوم الإلكترونية؟

نظرًا لأن حالة الطوارئ المناخية وأزمة تكلفة المعيشة تركز أذهاننا على كيفية تقليل الطاقة، فقد سلطت مجموعة من العلماء الضوء على التكلفة البيئية الخفية وراء بعض الإنجازات الكبرى التي حققناها.

لقد غيرت الحوسبة عالية الأداء كيفية عمل الأبحاث، وقدرتنا على تحقيق اكتشافات لم يكن من الممكن تصورها سابقًا.

نحن قادرون على تصميم مناخنا المستقبلي بدقة غير مسبوقة،قادرون على توقع شكل البروتين من خلال شفرته الجينية، حتى أننا نعرف كيف يبدو الثقب الأسود على بعد 55 مليون سنة ضوئية، لكن في حين أن قلة من الناس قد يجادلون ضد مثل هذا التقدم ، إلا أن له تكلفة.

في وقت مبكر من هذا العام، نشر فريق من كامبريدج، جنبًا إلى جنب مع زملائه في معهد بيكر في ملبورن، أستراليا، بحثًا أظهر أن دراسة الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) بشباك الجر من 500000 مشارك مسجلين في قاعدة بيانات البنك الحيوي ستخلق بصمة كربونية لـ 17.3 كجم من مكافئ ثاني أكسيد الكربون (مكافئ ثاني أكسيد الكربون) لكل سمة وراثية قيد الدراسة.

لكن كان الباحثون عادةً ما ينظرون إلى آلاف السمات، سيؤدي تشغيل نفس GWAS لـ 1000 سمة إلى توليد 17.3 طنًا متريًا من مكافئ ثاني أكسيد الكربون، وهذا يعادل 346 رحلة جوية بين باريس ولندن، (يشير الباحثون إلى أن ترقية البرنامج المستخدم إلى أحدث إصدار من شأنه أن يقلل هذا بمقدار ثلاثة أرباع).

في بداية عام 2020، كان Loic Lannelongue في منتصف درجة الدكتوراه، في علم البيانات الصحية في قسم الصحة العامة والرعاية الأولية في كامبريدج، كان عالم أحياء حسابيًا، استخدم التعلم الآلي للتنبؤ بكيفية تفاعل البروتينات في جسم الإنسان، كان جيسون جريلي أحد مساعديه، وهو أكاديمي في جامعة ملبورن بأستراليا.

مراكز المعلومات

قبل بضعة أشهر ، قرأ Lannelongue عن دراسة تعادل تدريب الذكاء الاصطناعي بالبصمة الكربونية لخمس سيارات على مدار حياتها. بدأ يتساءل عن تأثير عمله، وقرر مع Grealey العمل على حل المشكلة، متوقعين العثور على آلة حاسبة على الإنترنت يمكنهم فقط توصيل أرقامهم بها.

يقول Lannelongue: “لقد بدأنا في التفكير في أنه سيكون مشروعًا مدته أسبوعين، واستراحة لطيفة من بحث الدكتوراه الذي أجريناه”، وكان مجرد معرفة البصمة الكربونية لما كنا نفعله هو الحصول على رقم وربما التغريد عنه، باستثناء أنه لم يكن هناك شيء، أدركنا أن هناك فجوة هائلة، وأن علماء الحوسبة لم يفكروا حقًا في بصمتهم الكربونية بعد”.

إمدادات إنترنت الطاقة
إمدادات إنترنت الطاقة

تطوير الخوارزميات الخضراء

منذ ذلك الحين، وبدعم من مشرفه، الدكتور مايكل إينوي، أمضى Lannelongue نصف وقته في العمل على هذا المشروع، مما أدى إلى تطوير الخوارزميات الخضراء، وهي آلة حاسبة بسيطة على الإنترنت تتيح للباحثين العمل على بصمة الكربون. عملهم الحاسوبي.

ليست هذه هي المرة الأولى التي يسلط فيها مجتمع البحث الضوء على ممارساته الخاصة. يطرح البعض في المجتمع بالفعل أسئلة حول تأثير الطيران في جميع أنحاء العالم لتقديم نتائجهم في المؤتمرات العلمية ، على سبيل المثال.

الحوسبة عالية الأداء

المختبرات الرطبة

أثار آخرون قضية النفايات البلاستيكية والكيميائية ومتطلبات الطاقة، مما يسمى “المختبرات الرطبة”، أي المختبرات التي يتم فيها العمل التجريبي، تتمتع مختبرات الكمبيوتر أيضًا بتأثير كبير، تحتاج المعدات إلى التحديث والاستبدال كل بضع سنوات على الأقل، في حين أن تخزين البيانات نفسه يتطلب طاقة.

ثم هناك أعمال الحوسبة نفسها، والتي يوجد منها قدر هائل هذه الأي، لإعطائك فكرة عن حجمها، في عام 2020، استخدم XSEDE (بيئة اكتشاف العلوم والهندسة المتطرفة – وهو نظام افتراضي يسمح للعلماء بمشاركة موارد الحوسبة والبيانات والخبرات) في الولايات المتحدة الأمريكية وحدها في عام 2020 استخدام 9 مليارات ساعات الحساب، أو 24 مليون ساعة في اليوم.

“لإجراء عمليات حسابية قوية ، إما أنك تحتاج إلى الكثير من النوى – فأنت تقوم في الأساس بتوصيل الكثير من أجهزة الكمبيوتر معًا وتقوم جميعها بالعمل نيابةً عنك – أو تحتاج إلى الكثير من الذاكرة، وفي كلتا الحالتين ، هذا يتطلب طاقة.”

جزء من المشكلة، كما يقول، هو أن الحوسبة يمكن أن تشعر كما لو أنها بلا تكلفة، غالبًا ما تتمتع المجموعات البحثية بوصول مجاني إلى مرافق الحوسبة عالية الأداء في مؤسستهم.

“عندما تصل لأول مرة كطالب دكتوراه، فأنت مثل طفل في متجر للحلوى – لديك قوة حوسبة غير محدودة في متناول يدك. إنها رائعة وتتيح لك إجراء بحث رائع ، لذا لا يجب أن تتوقف بالتأكيد ، لكن المشكلة هي أنك تعتقد أنه مجاني”.

يعطي مثالاً لعملية في التعلم الآلي تسمى ضبط hyperparameter ، والتي تتضمن اختبار تكوينات مختلفة للنموذج الخاص بك لتحديد أيها يعمل بشكل أفضل، “أنت لا تعرف أبدًا متى وصلت إلى الحد الأقصى.، يستمر الأمر في التحسن حتى وقت ما ، تقول ،” حسنًا ، أعتقد أنني قمت بعمل أفضل ما أستطيع. ”

“لكن دعنا نقول أنك في نهاية اليوم وتفكر ،” من يدري ، ربما يمكنني الاستمرار في العمل طوال الليل، ربما سأحصل على نصف بالمائة إضافية من الدقة، لا يكلف أي شيء ولا يستخدم المرء أجهزة الكمبيوتر”، ولكن، هناك تكلفة – هناك تكلفة كربونية.”

الخوارزميات الخضراء

ما يريده ليس الحد من البحث ، ولكن للحد من الهدر الحسابي، “لجعل الناس يفكرون:” هل أنا حقًا بحاجة إلى القيام بذلك؟ ربما لا ”

يعترف Lannelongue أنه عندما أطلقوا الخوارزميات الخضراء لأول مرة ، كان متشككًا فيما إذا كان الناس سيستخدمونها. في الأشهر القليلة الأولى، تم استخدامه بضع عشرات من المرات شهريًا – معظمها من المستخدمين في مختبره ، كما يعتقد. ولكن منذ ذلك الحين تم إطلاقه وأصبح لديهم ما يزيد عن 300 مستخدم في الأسبوع من جميع أنحاء العالم.

فهو يدرك أن الأداة قد تكون “مرهقة” بالنسبة لبعض الأشخاص لاستخدامها، حيث تتطلب منهم إدخال بياناتهم يدويًا. هذا هو السبب في أنهم يعملون على Green Algorithms 4HPC (المتوفرة بالفعل في شكل تجريبي على GitHub)، والتي تستخدم سجلات البيانات من مراكز HPC لحساب البصمة الكربونية للمشروع تلقائيًا.

“الكثير من الأقسام مهتمة بهذا الأمر لأنه طريقة غير مؤلمة للعلماء لتنفيذها، يمكن للقسم مراقبة البصمة الكربونية الكاملة للعمل الذي يتم إنجازه هناك – ليس فقط العلماء الأفراد ، ولكن المجموعات بأكملها يمكنها أن تبدأ بالقول ،” حسنًا ، فلنراقب بصمتنا الكربونية ونرى تأثيرنا على أساس شهري”.

يود أن يرى المزيد من الشفافية من المجموعات البحثية ، وهذا هو السبب في أن فريقه الآن يحسب بشكل روتيني بصمتهم الكربونية باستخدام أداة الخوارزميات الخضراء وإدراجها في نهاية أوراقهم البحثية.

من السهل الافتراض أنه نظرًا لأن الخوارزميات وأجهزة الكمبيوتر التي تشغلها أصبحت أكثر كفاءة من أي وقت مضى ، فإن البصمة الكربونية لعلوم الحوسبة ستنخفض ، كما حدث في مثال البنك الحيوي. ولكن هذا ليس هو الحال بالضرورة ، بسبب “تأثير الارتداد”.

يقول Lannelongue: “إذا صنعت أداة أكثر كفاءة بعشر مرات ، فسيستخدمها العلماء أكثر من 100 مرة”.

“أعني ، إنه رائع ، هذه هي الطريقة التي يعمل بها الابتكار. ولكن لهذا السبب نحتاج إلى أن نكون قادرين على تتبع بشكل أكثر دقة أن ما نقوم به في الواقع ينتج عنه طاقة أقل – وإلا ، فقد نقوم بكل العمل الشاق ثم ندرك أن فواتير الطاقة عالية كما كانت في أي وقت مضى “.

في نهاية المطاف ، كما يعتقد ، يجب أن يكون هناك عنصر من المسؤولية الشخصية عندما يتعلق الأمر بتقليل البصمة الكربونية لعلوم الحوسبة. “يعتقد الناس” لست بحاجة إلى تغيير طريقة تصرفي ، فجميع مراكز البيانات ستعمل قريبًا بواسطة طاقة الرياح والطاقة الشمسية. “سأحب ذلك إذا كان صحيحًا – فقط نعلم أنه ليس كذلك. نحن يجب أن نتصرف الآن ، وبعد ذلك إذا وصلنا في المستقبل إلى نقطة لم يعد فيها الأمر مهمًا ، ثم رائعًا ، يمكننا استئناف حياتنا الخالية من الشعور بالذنب “.

وهل تغير عمله في طريقة عمله؟

يضحك “للأسف ، نعم”. لقد كان ذلك الطفل الذي يضرب به المثل في قصة حلوى ، حيث أجرى العديد من التحليلات لمجرد أنه يستطيع ذلك، الآن ، على الرغم من أنه لا يزال يواصل بحثه ولا يزال يستخدم التعلم الآلي، فهو أكثر وعيًا بالموارد التي يستخدمها. سيتوقف ويسأل نفسه عما إذا كان يحتاج حقًا إلى تلك الذاكرة الإضافية أو لإجراء تحليله مرة أخرى ليكون في الجانب الآمن،بدلاً من ذلك، سوف يستغرق وقتًا لمعرفة ما يحتاجه بالضبط قبل بدء الوظيفة.

قال قبل أن يضيف بحزن: “أعلم أنه الأفضل. لكني أحببت البراءة من عدم المعرفة، كان ذلك وقتًا لطيفًا”.

 

تابعنا على تطبيق نبض

Comments

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى
%d مدونون معجبون بهذه: