NVIDIA تطلق برمجيات جديدة لتسريع وتيرة الاكتشافات العلمية بالذكاء الاصطناعي

خلال مشاركتها في مؤتمر ISC المنعقد هذا الأسبوع في مدينة هامبورغ الألمانية، كشفت شركة NVIDIA عن مجموعة جديدة من البرمجيات المتقدمة المصممة لتسريع اعتماد تقنيات الذكاء الاصطناعي في مجال العلوم، بدءًا من الكيمياء واكتشاف المواد الجديدة وصولًا إلى البحث عن المادة المظلمة.

وتضم الحلول الجديدة مكتبة NVIDIA DAQIRI وخدمات NVIDIA ALCHEMI NIM المصغّرة، بالإضافة إلى الأكواد المرجعية NVIDIA cuPhoton المتوقع طرحها قريبًا.

وتتيح هذه التقنيات تحويل العمليات البحثية التي كانت تستغرق ساعات أو أيامًا عند تشغيلها على وحدات المعالجة المركزية إلى عمليات تُنجز في الوقت الفعلي باستخدام وحدات معالجة الرسومات.

وتندرج هذه الحلول ضمن منظومة NVIDIA CUDA-X، التي تضم مجموعة متكاملة من الأدوات والمكتبات المصممة لتحسين الأداء في مختلف تطبيقات الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء.  وتنعكس هذه التحسينات بشكل مباشر على مسيرة البحث العلمي، حيث يوظف العلماء تقنيات الذكاء الاصطناعي والحوسبة المُسرّعة في مختلف التخصصات، لتوليد البيانات واستخلاص الرؤى العميقة من الأجهزة والمسوحات البحثية بوتيرة أسرع من أي وقت مضى.

فعلى سبيل المثال، مع تشغيل برنامج cuPhoton على أنظمة NVIDIA GB200 NVL72، تمكن الباحثون من تسريع عمليات تحميل وقراءة ومعالجة وتحليل بيانات نظام نقل الصور المرن، وهو الصيغة القياسية المستخدمة في تخزين البيانات الفلكية من المراصد والتلسكوبات.

وخلال مرحلة الوصول المبكر، نجح برنامج cuPhoton في تسريع عملية تحميل وقراءة صور نظام نقل الصور المرن الملتقطة ضمن مشروع المسح التراثي للفضاء والزمن (LSST) التابع لمرصد فيرا روبين، بسرعة تزيد بنحو 14,900 مرة مقارنة بالطرق التقليدية. كما تمكّن من معالجة الإشارات وتحليلها بسرعة تبلغ 8,400 مرة باستخدام 32 شريحة فائقة من NVIDIA Grace Blackwell.

وتكتسب هذه النتائج أهمية متزايدة نظرًا إلى أنه يمكن الحصول على رؤى أسرع من كاميرا مشروع LSST، التي تعد أكبر كاميرا رقمية تم تطويرها عبر التاريخ، بحيث تلتقط صورًا لمليارات المجرات البعيدة، إضافة إلى الأجسام الخافتة القريبة التي يصعب رصدها بسبب ضعف انعكاس الضوء عنها.

برنامج جديد للانتقال من المختبرات إلى التلسكوب

يُساهم البرنامج الجديد في تسريع وتيرة الأبحاث المتعلقة بالمادة المظلمة ومحاكاة المواد المتقدمة وغيرها. وتعدّ NVIDIA cuPhoton منصة مرجعية متكاملة تتيح للعلماء استخلاص رؤى قيّمة من البيانات متعددة الأبعاد المجمعة من التلسكوبات والأشعة السينية وتجارب الليزر، حيث يمكنها تحميل ومعالجة وتحليل وعرض كميات هائلة من البيانات تصل إلى مستوى البيتابايت، كما يمكن دمجها مع تقنيات أخرى ضمن NVIDIA CUDA-X لبناء مسار معالجة متكامل ومُسرّع للعمل في مجالات تشمل الفيزياء الفلكية وعلم الفلك.

وقد تعاون باحثون من جامعة برينستون مع NVIDIA لتطوير برنامج cuPhoton، الذي سيتم استخدامه بالتعاون مع جامعة هارفارد لمعالجة وتحليل البيانات الضخمة المجمعة من المراصد ودراسات الطاقة المظلمة.

أما بالنسبة لمكتبة NVIDIA DAQIRI والتي يشير اسمها إلى “جمع البيانات للأجهزة المتكاملة في الوقت الفعلي”، فتوفر شبكة عالية الأداء تقوم بنقل البيانات من أجهزة الكشف والاستشعار عالية السرعة مباشرة إلى برامج NVIDIA. وعلى عكس الأنظمة القديمة التي قد تفقد جزءًا من البيانات عندما تتجاوز سرعة إنتاجها قدرة التخزين أو المعالجة، تتيح مكتبة DAQIRI التعامل مع تدفقات البيانات فور وصولها، مما يقلل من احتمال فقدان البيانات المهمة.

وقد طوّر علماء من مركز سيرن وجامعة شيكاغو وكلية لندن الجامعية مشروعًا بحثيًا باسم A-GHOST، ضمن إطار مختبر سيرن المفتوح. ويستخدم المشروع DAQIRI لتشغيل الذكاء الاصطناعي في الوقت الفعلي على بيانات التصادم المسجلة في تجربة ATLAS في سيرن. وتكمن أهمية المشروع في قدرته على تحليل أكثر من 99% من البيانات التي كانت تستبعد سابقًا بسبب قيود التخزين، مما يسمح له بالتقاط إشارات كان من الممكن فقدانها في السابق.

وتقدم منصة NVIDIA ALCHEMI مجموعة متخصصة من الخدمات المصغّرة والأدوات البرمجية المصممة لتسريع اكتشاف المواد الكيميائية، مع تطبيقات تمتد إلى مواد البطاريات والمحفزات وشاشات OLED ومستحضرات التجميل وغيرها.

وكانت NVIDIA قد أطلقت في مارس الماضي خدمتين مصغّرتين من ALCHEMI NIM هما batched geometry relaxation (BGR) وbatched molecular dynamics (BMD)، واللتان تتيحان للباحثين محاكاة ملايين الجزيئات والمواد في وقت واحد. وتساعد تقنية BGR في تحديد أكثر التراكيب استقرارًا، بينما تتيح BMD دراسة حركة الجزيئات مع مرور الوقت.

كما تستعد NVIDIA لإضافة خدمة مصغرة إلى برنامج ALCHEMI قريبًا تدعم برنامج Vienna Ab initio Simulation Package (VASP) الشهير، مما يمنح الباحثين قدرة أكبر على تشغيل عمليات محاكاة المواد بكفاءة أعلى باستخدام وحدة معالجة الرسومات.  ومن خلال تشغيل حسابات VASP المتعددة على وحدة معالجة رسومات واحدة باستخدام خدمة NVIDIA Multi-Process Service، تُحقق الخدمة المصغّرة زيادة بمقدار ثلاثة أضعاف في سرعة عمليات تحسين البنية الذرية للمواد.

بالإضافة إلى ذلك، يُمكن للمطورين والباحثين استخدام مجموعة أدوات ALCHEMI لتسريع عملية تدريب نماذج الذكاء الاصطناعي البديلة، والتي تُسمى إمكانات التعلم الآلي بين الذرات، وبناء مسارات عمل مخصصة لمحاكاة الذرات عالية الأداء بسهولة.

كيف تُطبّق Lila Sciences المنهج العلمي باستخدام NVIDIA ALCHEMI؟

تتعاون Lila Sciences، التي تعمل على تطوير منصة للذكاء العلمي الفائق ومختبرات ذاتية التشغيل لعلوم الحياة والكيمياء والمواد، مع NVIDIA لتنفيذ محاكاة عالية الدقة للمجالات المغناطيسية باستخدام منصة ALCHEMI، وذلك ضمن عرض توضيحي قدم خلال مؤتمر NVIDIA GTC في سان خوسيه خلال شهر مارس.

وسجلت شركة Lila Sciences تقدمًا لافتًا في تسريع عمليات فحص المواد عالية الإنتاجية، حيث تمكنت من زيادة سرعتها بمقدار 50 ضعفًا باستخدام خدمة ALCHEMI NIM المصغّرة لـBGR، مما مكّنها من تحديد المواد الأكثر استقرارًا والأعلى احتمالًا للتصنيع. كما نجحت الشركة في تحسين حساب الخصائص المغناطيسية للمواد المرشحة بنسبة 30% باستخدام خدمة ALCHEMI VASP المصغّرة ضمن مرحلة الوصول المبكر.

وتستخدم شركة Lila Sciences منصة NVIDIA ALCHEMI لإجراء عمليات محاكاة المواد. وتُظهر الصورة المرفقة المقدمة من Lila Sciences، عينات من الأغشية التي تم اقتطاعها من نموذج جرى تصنيعه باستخدام تقنية الرشّ، وهو نظام يستخدم لإنتاج طبقات فائقة الرقة ومتجانسة من المعادن أو السيراميك على الأسطح المختلفة.

ولا تقتصر الفوائد على ذلك، إذ حققت الشركة زيادة في سرعة التدريب والاستدلال بلغت ستة أضعاف بفضل النواة المتخصصة التي توفرها منصة ALCHEMI لتقنية TensorNet، إلى جانب خفض استهلاك الذاكرة بمقدار 3 أضعاف، مما أتاح تنفيذ عمليات محاكاة كانت تستغرق أسابيع خلال بضعة أيام فقط.

وبدلاً من إجراء تجربة واحدة في كل مرة، يتيح هذا النهج تقييم عدد كبير من المواد في وقت واحد داخل ذاكرة وحدة معالجة الرسومات، وهو ما يفتح المجال أمام حالات استخدام متنوعة، تشمل:

• اكتشاف المواد: فحص تركيبات جديدة ومستقرة على نطاق واسع
• الطاقة: اكتشاف محفزات فعالة ووفيرة العناصر لإنتاج المواد الكيميائية والوقود
• الكهرومغناطيسية: فهم السلوكيات المغناطيسية المعقدة والتنبؤ بها بدقة أكبر

ويؤدي برنامج ALCHEMI دورًا محوريًا في طبقة المحاكاة، حيث يولّد بيانات العلوم الفيزيائية التي تُغذي مختلف مراحل دورة الاكتشاف العلمي.

كما تعتمد شركة Lila Sciences على منظومة NVIDIA المتكاملة لتسريع الاكتشافات العلمية، مستفيدة من تقنيات NVIDIA Megatron-LM وNVIDIA Nemotron لتدريب النماذج، بما في ذلك النماذج المفتوحة Nemotron 3 Nano وNemotron 3 Super، بالإضافة إلى مكتبتي NeMo RL وNeMo Gym. وتستخدم الشركة منصة NVIDIA BioNeMo لتوليد الجزيئات، وخدمات NVIDIA Triton وNIM المصغّرة لتقديم الاستدلال، ومكتبات NVIDIA Omniverse لإنشاء التوائم الرقمية.

وفي هذا السياق، قال آندي بيم، الشريك المؤسس والرئيس التنفيذي للتكنولوجيا في شركة Lila Sciences: “يُظهر هذا العمل إمكانيات البنية الحوسبية الفائقة المُصممة خصيصًا لتسريع وتيرة الاكتشافات العلمية على نطاق يتجاوز ما يمكن لأي باحث أو عالم تحقيقه بمفرده”.

التوافر

باتت مجموعة أدوات NVIDIA ALCHEMI Toolkit وToolkit-Ops متاحة للتحميل من GitHub وPyPI، فيما يمكن تحميل خدمات ALCHEMI NIM المصغّرة من خلال كتالوج NVIDIA NGC. ومن المتوقع أن تصبح خدمة ALCHEMI NIM المصغّرة الخاصة بمنصة VASP متاحة بشكل رسمي خلال صيف هذا العام.