المركز الوطني لأبحاث الطاقة والحوسبة العلمية

المركز الوطني لأبحاث الحوسبة العلمية للطاقة ( NERSC ) هو مرفق بحثي للحوسبة عالية الأداء ( الحاسوب العملاق ) تم تأسيسه في عام 1974. يتم تشغيل مرفق المستخدم الوطني بواسطة مختبر لورانس بيركلي الوطني لصالح مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية .

تتمثل مهمة مركز NERSC في توفير خبرات وموارد الحوسبة عالية الأداء وتحليل البيانات لدعم أبحاث مكتب العلوم. يدعم المركز أكثر من 10,000 عالم من المختبرات الوطنية والجامعات في جميع أنحاء البلاد، ويُستشهد بأبحاثه في أكثر من 2,500 منشور علمي محكم سنويًا. يركز البحث في المركز على البحوث الأساسية والتطبيقية في مجالات كفاءة الطاقة ، وتخزينها، وتوليدها، وعلوم أنظمة الأرض، وفهم القوى الأساسية للطبيعة والكون. تشمل أبرز مجالات البحث فيزياء الطاقة العالية، وعلوم المواد، والعلوم الكيميائية، وعلوم المناخ والبيئة، والفيزياء النووية، وأبحاث طاقة الاندماج.

تأسس مركز NERSC عام 1974 باسم مركز الحوسبة لأبحاث الطاقة النووية الحرارية المُتحكَّم بها (CTRCC) في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL). أُنشئ المركز لتوفير موارد الحوسبة لمجتمع أبحاث طاقة الاندماج، وبدأ بجهاز حاسوب من نوع Control Data Corporation 6600 (SN-1). كان أول جهاز حصل عليه المركز مباشرةً هو CDC 7600 ، الذي تم تركيبه عام 1975، وبلغت ذروة أدائه 36 ميغا فلوب/ثانية (36 مليون عملية حسابية بفاصلة عائمة في الثانية). وفي عام 1976، أُعيد تسمية المركز ليصبح المركز الوطني للحوسبة لطاقة الاندماج المغناطيسي.

تضمنت الحواسيب العملاقة اللاحقة حاسوب Cray-1 (SN-6)، الذي تم تركيبه في مايو 1978 وأُطلق عليه اسم "الآلة c". وفي عام 1985، تم تركيب أول حاسوب عملاق في العالم، وهو Cray-2 (SN-1)، وأُطلق عليه اسم "الآلة b". وقد أكسبته الفقاعات المرئية في سائل نظام التبريد السائل المباشر الخاص به لقب "الفقاعات".

في عام 1983، بدأ المركز بتخصيص جزء صغير من موارده للباحثين من خارج مجتمع الاندماج النووي. ومع تزايد دعم المركز للعلوم في العديد من المجالات البحثية، غيّر اسمه إلى المركز الوطني لأبحاث الطاقة الحاسوبية الفائقة في عام 1990.

في عام ١٩٩٥، نقلت وزارة الطاقة الأمريكية مركز الحوسبة العلمية لأبحاث الطاقة الوطنية (NERSC) من مختبر لورانس ليفرمور الوطني إلى مختبر لورانس بيركلي الوطني . وتم تركيب مجموعة من أنظمة Cray J90 في بيركلي قبل إيقاف الأنظمة الرئيسية في ليفرمور تمهيدًا لعملية النقل في عام ١٩٩٦، وذلك لتوفير دعم مستمر للمجتمع البحثي. وكجزء من عملية النقل، أُعيد تسمية المركز إلى المركز الوطني للحوسبة العلمية لأبحاث الطاقة، مع الإبقاء على اختصار NERSC. وفي عام ٢٠٠٠، انتقل المركز إلى موقع جديد في أوكلاند لاستيعاب التوسع المتزايد لأجهزة الحوسبة الفائقة المبردة بالهواء.

في نوفمبر 2015، عاد مركز NERSC إلى موقعه الرئيسي في مختبر بيركلي، ويقع الآن في قاعة شيه وانغ ، وهي منشأة حاسوبية فائقة الكفاءة في استهلاك الطاقة. ^{[ 1 ] [ 2 ]} وقد مولت جامعة كاليفورنيا ، التي تدير مختبر بيركلي لصالح وزارة الطاقة الأمريكية، بناء هذا المبنى. وكما حدث عند الانتقال من مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) ، تم تركيب نظام جديد في بيركلي قبل إزالة الأجهزة الموجودة في أوكلاند ونقلها. وتوفر وزارة الطاقة البنية التحتية للمرافق وأنظمة الحاسوب.

يُطلق المركز أسماء العلماء على أنظمته الرئيسية.

يُسمى أحدث حاسوب عملاق ، بيرلموتر ، تيمناً بسول بيرلموتر ، عالم الفيزياء الفلكية في مختبر بيركلي، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 2011 لمساهماته في أبحاث تُظهر تسارع توسع الكون. وهو نظام من شركة كراي مبني على معمارية شاستا، ويضم معالجات مركزية AMD Epyc (ميلان) من معمارية زين 3، ووحدات معالجة رسومية NVIDIA Ampere . ^{[ 3 ]} ظهر بيرلموتر لأول مرة عام 2021، ويحتل المرتبة الخامسة في قائمة TOP500 لأسرع الحواسيب العملاقة في العالم. أما الحاسوب العملاق القادم، فيحمل اسم جينيفر دودنا ، الحائزة على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2020. ^{[ 4 ]}

كان حاسوب كوري العملاق، الذي سُمّي تيمّنًا بجيرتي كوري ، عالمة الكيمياء الحيوية وأول امرأة أمريكية تحصل على جائزة نوبل في العلوم، هو الحاسوب العملاق الرائد السابق لمركز NERSC. كان كوري نظام Cray XC40 مزودًا بـ 622,336 نواة معالجة من إنتل، وبلغت ذروة أدائه النظري 30 بيتافلوب /ثانية (30 كوادريليون عملية في الثانية). تم تسليم كوري على مرحلتين. المرحلة الأولى - المعروفة أيضًا باسم قسم البيانات - تم تركيبها في أواخر عام 2015، وتضمنت 12 خزانة وأكثر من 1600 عقدة حسابية من نوع Intel Xeon "Haswell". أضافت المرحلة الثانية ^{[ 5 ]} من كوري، التي تم تركيبها في صيف 2016، ^{[ 6 ]} 52 خزانة وأكثر من 9300 عقدة مع معالجات Intel Xeon Phi من الجيل الثاني (التي تحمل الاسم الرمزي Knights Landing، أو KNL اختصارًا)، مما جعل كوري في ذلك الوقت أكبر نظام حوسبة فائقة للعلوم المفتوحة يعتمد على معالجات KNL.

يضم مركز NERSC أيضًا نظام تخزين عالي الأداء (HPSS) بسعة 200+ بيتابايت ^{[ 7 ]} للتخزين الضخم للأرشيف ، وهو قيد الاستخدام منذ عام 1998.

يمكن الوصول إلى مرافق NERSC من خلال شبكة علوم الطاقة ، أو ESnet، والتي يديرها أيضًا مختبر لورانس بيركلي الوطني لصالح وزارة الطاقة.

يقود موظفو مركز NERSC مشاريع في العلوم الحاسوبية، بينما يساعدون أيضًا في إعداد مجتمع البحث الأوسع لعصر الحوسبة فائقة السرعة (exascale) .

برنامج تطبيقات العلوم فائقة الأداء (NESAP) : يتعاون برنامج تطبيقات العلوم فائقة الأداء التابع لمركز أبحاث الحوسبة النووية (NERSC) مع فرق البرمجة ومطوري المكتبات والأدوات لإعداد تطبيقات تستخدم بنية المعالجات متعددة النوى من كوري. ويقوم الباحثون بإعداد أكواد التطبيقات لهذه البنية الجديدة. تتيح شراكة NESAP لعشرين مشروعًا التعاون مع NERSC وكراي وإنتل من خلال توفير إمكانية الوصول إلى الأجهزة في مراحلها المبكرة، والتدريب، وجلسات الإعداد مع موظفي إنتل وكراي. كما ستتاح الفرصة لثمانية من هذه المشاريع العشرين لباحث ما بعد الدكتوراه لدراسة قضايا علوم الحوسبة المرتبطة بأنظمة المعالجات متعددة النوى الموفرة للطاقة.

Shifter : Shifter هي أداة برمجية مفتوحة المصدر تعتمد على حاويات Docker ، تُمكّن مستخدمي NERSC من تحليل مجموعات البيانات من المرافق التجريبية. تسمح هذه الحاويات بتجميع التطبيق مع حزمة برامجه الكاملة - بما في ذلك بعض أجزاء ملفات نظام التشغيل الأساسي - بالإضافة إلى تحديد متغيرات بيئة المستخدم و "نقطة دخول" التطبيق .

مشروع الحوسبة عالية الأداء للتصنيع ( HPC4Mfg ): يُعدّ مركز NERSC أحد ثلاثة مراكز للحوسبة الفائقة تابعة لوزارة الطاقة الأمريكية، ويعمل على إنشاء بيئة تمكّن الخبراء في المختبرات الوطنية من العمل مباشرةً مع أعضاء قطاع التصنيع لتدريبهم على كيفية تبني أو تطوير استخدامهم للحوسبة عالية الأداء (HPC) لمواجهة تحديات التصنيع، بهدف زيادة كفاءة الطاقة، والحدّ من الآثار البيئية ، والنهوض بتقنيات الطاقة النظيفة . ويقود هذا المشروع مختبر لورانس ليفرمور الوطني.

في عام 2021، حظي نظام NERSC بالتقدير في أكثر من 2000 منشور علمي مرجعي. وقد استخدم ستة أفراد أو فرق بحثية حائزة على جائزة نوبل نظام NERSC في أبحاثهم.

في عام 2022، قدم مركز NERSC الدعم لما يقارب 9000 مستخدم من الجامعات والمختبرات الوطنية والقطاعات الصناعية، ولديه مستخدمون في 50 ولاية أمريكية، ومقاطعة كولومبيا، وبورتوريكو، و45 دولة. وقد دعم المركز باحثين من 514 كلية وجامعة، و26 مختبرًا وطنيًا تابعًا لوزارة الطاقة، و52 منظمة صناعية، و31 شركة صغيرة، و115 مختبرًا حكوميًا آخر، و19 منظمة غير ربحية.

• الموقع الرسمي – NERSC
• تاريخ مركز أبحاث علوم البحار الشمالية
• ESnet
• قائمة أفضل 500
• افتتاح قاعة وانغ في مركز نيرسك