Οι άνθρωποι των Μαθηματικών και της Επιστήμης των Υπολογιστών συχνά λένε πως:
«Αν δεν μπορείς κάτι να το μετρήσεις, δεν μπορείς να πεις και τι είναι!». Και αυτό το γνωρίζει πολύ καλά ο βραβευμένος με το βραβείο ACM Turing το 2021, Jack Dongarra που έχει περάσει ένα μεγάλο κομμάτι της ζωής του ανάμεσα σε δύο κόσμους. Σε έναν κόσμο, όπου μαθηματικοί κάθονται με ένα στυλό και ένα χαρτί και φαντάζονται πράγματα που θα μπορούσαν να γίνουν αντιληπτά με υπολογιστές και σε έναν άλλο, στον οποίο κυριαρχεί ένας κολοσσός ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με απίστευτη ισχύ αλλά και με σημαντικούς περιορισμούς σε ταχύτητα, μνήμη, ενέργεια και κόστος.
Προσπαθώντας διαχρονικά να γεφυρώσει αυτούς τους δυο κόσμους ο Αμερικανός καθηγητής, κατάφερε να «χτίσει» μια καριέρα πέντε δεκαετιών. Αυτά διαβάζω σε ένα σχετικό άρθρο περιμένοντάς τον να φανεί στον κήπο του Νέου Πανεπιστημίου της Χαϊδελβέργης, της ειδυλλιακής γερμανικής πόλης όπου κάθε χρόνο λαμβάνει χώρα στα τέλη Σεπτεμβρίου η ετήσια “πνευματική ανταλλαγή”- θεσμός μεταξύ διαφορετικών γενεών επιστημόνων από το πεδίο των Μαθηματικών και της Πληροφορικής, το Heidelberg Laureates Forum (HLF).
Καθώς τον βλέπω να έρχεται χαμογελαστός προς το μέρος μου σκέφτομαι πως νέες και παλαιότερες γενιές, ακόμη και κάποιοι, αν όχι όλοι, που έχουν βραβευτεί με Βραβείο ACM Turing και όχι μόνο, πιθανότατα να έχουν χρησιμοποιήσει όλα τα προγράμματα και τις βιβλιοθήκες του Dongarra κάποια στιγμή, ίσως ακόμη σε καθημερινή βάση.
Ο ίδιος ωστόσο, σοκαρίστηκε με τη βράβευσή του, παρότι ήταν αναμενόμενη στον κύκλο του:
«Η αλήθεια είναι ότι σοκαρίστηκα όταν πληροφορήθηκα ότι ήμουν αποδέκτης του βραβείου. Γνώριζα συναδέλφους μου που είχαν βραβευτεί και μάλιστα είχαμε και δημοσιεύσεις μαζί, αλλά δεν το περίμενα. Είναι τεράστια τιμή να βρίσκομαι ανάμεσα στους αποδέκτες. Το βραβείο αποτελεί αναγνώριση από την κοινότητα της επιστήμης των υπολογιστών ότι η συνεισφορά μας στους υπολογιστές υψηλής απόδοσης είναι σημαντική και έχει αντίκτυπο όχι μόνο στην επιστήμη των υπολογιστών, αλλά και στην επιστήμη γενικότερα», σχολιάζει.
Σημαντικά εργαλεία…
Η δημιουργία σημαντικών εργαλείων όπως το LINPACK, μια βιβλιοθήκη λογισμικού για την εκτέλεση αριθμητικής γραμμικής άλγεβρας σε ψηφιακούς υπολογιστές και τη συγκριτική αξιολόγηση της απόδοσης των συστημάτων-που λειτούργησε ως ένα τυπικό μέτρο της απόδοσης ενός υπολογιστή-το BLAS, μια σύμβαση για δημιουργία διεπαφών σε βιβλιοθήκες που υλοποιούν αλγόριθμους γραμμικής άλγεβρας σχετιζόμενους με διανυσματικές πράξεις και πίνακες, αλλά και το MAGMA, μια βιβλιοθήκη γραμμικής άλγεβρας που λύνει προβλήματα στην άλγεβρα, τη θεωρία αριθμών, τη γεωμετρία και τη συνδυαστική, πιστώνεται στον καθηγητή Dongarra.
Ομοίως και τα LAPACK, ScaLAPACK, PLASMA, SLATE, Netlib, PVM, MPI, NetSolve, Top500, κ.ά.
Ο Αμερικανός επιστήμονας εισήγαγε πολλές σημαντικές καινοτομίες, συμπεριλαμβανομένου του autotuning (αυτόματου συντονισμού), της αριθμητικής μικτής ακριβείας και των υπολογισμών κατά παρτίδες.
Οι σημαντικές συνεισφορές του σε βιβλιοθήκες αριθμητικών υπολογισμών, σε Utility high performance computing, σε πρότυπα λογισμικού και κριτήρια συγκριτικής αξιολόγησης επιδόσεων HPC, αλλά και η έρευνά του στην επιστήμη των υπολογιστών, στα εφαρμοσμένα μαθηματικά και στην υπολογιστική επιστήμη για διεπιστημονική έρευνα, συνεχίζουν να επηρεάζουν σημαντικά όλα τα επιστημονικά και μηχανικά πεδία που σχετίζονται με υπολογισμούς σε παγκόσμιο επίπεδο.
Ο ίδιος ωστόσο, συνοψίζει τη συνεισφορά του σε τρείς τομείς: στον σχεδιασμό και τη δημιουργία λογισμικού αριθμητικού που τρέχει σε μηχανήματα υψηλής απόδοσης, στην δημιουργία στάνταρτς για μηχανισμούς παράλληλης επεξεργασίας, συμπεριλαμβανομένης της ευρέως χρησιμοποιούμενης «διεπαφής μεταβίβασης μηνυμάτων» ή MPI και στην αξιολόγηση της απόδοσης για τη μέτρηση της ταχύτητας λειτουργίας και των ορίων ενός υπερ-υπολογιστή, που κατέστησε δυνατή για παράδειγμα τη δημιουργία της λίστας TOP500 με τους ταχύτερους υπερ- υπολογιστές στον κόσμο.
«Το χόμπι μου ωστόσο, είναι η αξιολόγηση. Αυτό απολαμβάνω περισσότερο από όλα», σημειώνει ο ίδιος.
Κι όμως ήθελε να γίνει εκπαιδευτικός…
«Στην εποχή μου δεν είχαμε ίντερνετ», μού λέει ο καθηγητής και συνεχίζει: «…και μένα το όνειρό μου ήταν να διδάξω επιστήμη σε δημόσιο γυμνάσιο στο Σικάγο. Δεν είχα σκεφτεί ποτέ να ακολουθήσω την έρευνα. Ήμουν αρκετά καλός στα μαθηματικά και τις επιστήμες, αλλά δεν ήμουν ιδιαίτερα καλός μαθητής».
Μετά την αποφοίτησή του από το γυμνάσιο, υπήρχε μόνο ένα πανεπιστήμιο στο οποίο ήθελε να σπουδάσει, το Chicago State, το οποίο αποδέχτηκε την αίτησή του και έτσι εκείνος αποφάσισε να ασχοληθεί με τα μαθηματικά.
Ο καθηγητής φυσικής του πρότεινε τότε να υποβάλει αίτηση για πρακτική άσκηση στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne, στο Lemont, Ill., ένα κοντινό ερευνητικό κέντρο επιστήμης και μηχανικής του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.
Ο Καθηγητής Dongarra εργάστηκε για 16 εβδομάδες με μια ομάδα ερευνητών σχεδιάζοντας και αναπτύσσοντας το software EISPACK. Αν και δεν είχε πολλή γνώση για το αντικείμενο, ομολογεί ότι του άρεσε:
«Η εμπειρία μου στο Argonne ήταν μεταμορφωτική. Εκεί ανακάλυψα το πάθος μου. Βρίσκομαι εδώ που είμαι τώρα εξαιτίας της ευκαιρίας που μου έδωσε εκείνος ο καθηγητής. Είναι αυτό σου συμβαίνει συμπωματικά και σου αλλάζει όλη τη ζωή!».
Ο Δρ. Dongarra τελικά δεν κατάφερε να διδάξει επιστήμη σε μαθητές γυμνασίου. Αντίθετα, παρέμεινε στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne μέχρι το 1989 και αργότερα έγινε καθηγητής ηλεκτρολόγων μηχανικών και επιστήμης υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο του Τενεσί στο Νόξβιλ, όπου δίδαξε τους φοιτητές του για 33 χρόνια, συνεισφέροντας παράλληλα και στην έρευνα. Κατέχει επίσης τον τίτλο του Διακεκριμένου Ερευνητή στο Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών και Μαθηματικών στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge (ORNL), ενώ διευθύνει το Innovative Computing Laboratory στο Πανεπιστήμιο του Τενεσί.
Η εποχή των υπερ-υπολογιστών
Το 2009 ο Jack Dongarra μαζί με τον Pete Beckman από το Argonne National Lab ξεκίνησαν το International Exascale Software Project (IESP) εν μέσω της αυξανόμενης συνειδητοποίησης ότι οι μέθοδοι εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης και έντασης δεδομένων, στις οποίες βασίζονται τώρα ερευνητικά σχέδια σε πολλούς τομείς, αναπόφευκτα θα απαιτούσαν στο μέλλον την αντικατάσταση του λογισμικού HPC που χρησιμοποιείτο. Το έργο περιέγραφε τον οδικό χάρτη που απαιτείτο για να προετοιμαστεί η επιστημονική κοινότητα για τις προκλήσεις του υπολογισμού exascale.
Σήμερα ο καλύτερος υπερ-υπολογιστής, ο Frontier, που προέκυψε από το International Exascale Software Project (IESP) και που βρίσκεται στην κορυφή της λίστας Top500, καταλαμβάνει τον χώρο δύο γηπέδων τένις στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στους λόφους του ανατολικού Τενεσί και πραγματοποιεί πάνω από ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμυρίων υπολογισμούς το δευτερόλεπτο(!) και εγώ εύλογα ρωτάω τον καθηγητή, αφού μιλάμε για υπερ-υπολογιστές, αν θα ξεπεράσουν ποτέ τον ανθρώπινο εγκέφαλο:
«Αυτό που κάνουν οι υπερ-υπολογιστές είναι πολλούς υπολογισμούς με νούμερα ταυτόχρονα. Για να κάνει το ανθρώπινο μυαλό το ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμυρίων υπολογισμούς θα χρειαστεί να δουλεύει ολόκληρος ο πληθυσμός της γης για τέσσερα χρόνια. Για τέσσερα χρόνια δηλαδή περίπου οκτώ δισεκατομμύρια άνθρωποι στον πλανήτη θα κάνουν τους υπολογισμούς που κάνει ο υπερ-υπολογιστής σε ένα δευτερόλεπτο. Δεν θα έλεγα λοιπόν ότι είναι εξυπνότεροι, γιατί εμείς οι άνθρωποι τους λέμε τι να κάνουν. Θα έλεγα πως είναι μάλλον εξαιρετικά ταχύτεροι!».
H λίστα Top500 που προέκυψε από το εργαστήριο του Dongarra οδήγησε σε ανταγωνισμό μεταξύ επιστημονικών εργαστηρίων για την κατασκευή της ταχύτερης μηχανής.
Ο καθηγητής στη δεκαετία του 2000 έδειξε ότι οι πιο ισχυροί υπερ- υπολογιστές ήταν αυτοί που μπορούσαν να συνδέσουν χιλιάδες μικροσκοπικούς υπολογιστές σε ένα γιγάντιο σύνολο, ο καθένας εξοπλισμένος με το ίδιο είδος τσιπ υπολογιστών που χρησιμοποιούνται σε επιτραπέζιους και φορητούς υπολογιστές.
Στα χρόνια που ακολούθησαν, ο ίδιος παρακολούθησε την άνοδο των υπηρεσιών «υπολογιστικού νέφους» από την Amazon, την Google και τη Microsoft, οι οποίες συνέδεαν μικρές μηχανές σε ακόμη μεγαλύτερους αριθμούς.
«Αυτές οι υπηρεσίες cloud είναι το μέλλον της επιστήμης της πληροφορικής, καθώς η Amazon, η Google και άλλοι γίγαντες του Διαδικτύου κατασκευάζουν νέα είδη τσιπ υπολογιστών που μπορούν να εκπαιδεύσουν συστήματα Τεχνητής Νοημοσύνης με ταχύτητα και αποτελεσματικότητα που δεν ήταν ποτέ δυνατή στο παρελθόν», έχει πει ο Δρ. Dongarra σε παλαιότερη συνέντευξή του στη The New York Times. Ο ίδιος μού λέει τώρα πως: «αν και έχει ήδη κατασκευαστεί ο καλύτερος μέχρι στιγμής υπερυπολογιστής η επιστήμη προχωρά και μπορεί να φτιάξει ακόμη καλύτερους που θα λύνουν ακόμη περισσότερα προβλήματα».
Οι επιστήμονες αναπτύσσουν επίσης και ένα νέο είδος που ονομάζεται κβαντικός υπολογιστής, ο οποίος θα μπορούσε να κάνει τις σημερινές μηχανές να μοιάζουν με παιχνίδια. Και καθώς οι υπολογιστές του κόσμου συνεχίζουν να εξελίσσονται, θα χρειαστούν νέα σημεία αναφοράς. Προβλέψεις ωστόσο δεν κάνει ο καθηγητής γιατί κανείς δε ξέρει που μπορεί να φτάσει η επιστήμη.
Μας απειλεί η Τεχνητή Νοημοσύνη;
Την εβδομάδα που «τρέχει» το Heidelberg Laureates Forum 2023, διαβάζω στον ξένο Τύπο πως τα Ηνωμένα Έθνη μέσω του Γενικού Γραμματέα του ΟΗΕ προσκαλούν τα έθνη να συναινέσουν στη σύσταση ενός νέου διεθνούς οργάνου που θα βοηθήσει στη διαχείριση της χρήσης της τεχνητής νοημοσύνης, καθώς η τεχνολογία αποκαλύπτει όλο και περισσότερο τους πιθανούς κινδύνους. Και εγώ δράττομαι της ευκαιρίας να ρωτήσω τον καθηγητή Dongarra αν πρέπει τελικά να φοβόμαστε την Τεχνητή Νοημοσύνη:
«Δεν θα ήθελα να περιορίσω τους κινδύνους στη Τεχνητή Νοημοσύνη. Θα το έβλεπα σε ένα ευρύτερο πλαίσιο, σε κάθε πτυχή της επιστήμης. Κάθε ερευνητικό προϊόν που παράγεται, δυνητικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για καλό και για κακό. Κάθε είδος τεχνολογίας έχει θετική και αρνητική επίδραση. Αυτό που καλούμαστε να κάνουμε είναι να το κατανοήσουμε και να προσπαθήσουμε να το κοντρολάρουμε. Δες την πυρηνική ενέργεια για παράδειγμα, από μας εξαρτάται η χρήση της. Όλα είναι θέμα κατανόησης. Η εκπαίδευση και η γενικότερη παιδεία φυσικά βοηθάνε». Και μπορεί η χρήση της Τεχνητής Νοημοσύνης να μην αγχώνει τόσο τον διαπρεπή επιστήμονα, αλλά η κλιματική κρίση σίγουρα του προκαλεί μεγάλη ανησυχία:
«Σε μια υποτιθέμενη λίστα με τις ανησυχίες μου θα έλεγα ότι βρίσκεται στην κορυφή. Ωστόσο θεωρώ ότι έχουμε τα μέσα να την διαχειριστούμε όσο είναι ακόμη καιρός. Δεν χρειάζεται φόβος, αλλά συνειδητοποίηση και δέσμευση (engagement) όλων μας σε δράσεις».
Στην ερώτηση πόσο προστατευμένοι είμαστε ως χρήστες σε ένα διασυνδεδεμένο ηλεκτρονικά κόσμο μου απαντά ότι γενικά δεν μπορούμε να προστατευτούμε 100% ακόμη και αν χρησιμοποιούμε τα κατάλληλα διαδικτυακά εργαλεία.
«Προσωπικά έχω τον πλήρη έλεγχο μόνο της προσωπικής μου ιστοσελίδας. Μου συνέβη δυστυχώς να χρησιμοποιήσει κάποιος το μειλ μου και να στείλει μηνύματα σε χιλιάδες ανθρώπους. Κάποιος έκλεψε την ταυτότητά μου για να κάνει την πλάκα του. Θα μπορούσε να είχε στείλει κάτι που θα έβλαπτε τους παραλήπτες. Ευτυχώς δε συνέβη», λέει ο καθηγητής…
Οι υπολογισμοί θα συνεχίσουν να αλλάζουν τον κόσμο…
Η πρωτοποριακή και συνεχής παγκόσμια συνεισφορά του Jack Dongarra έχει ως αποτέλεσμα υπολογισμούς που θα συνεχίσουν να αλλάζουν τον κόσμο.
Οι αλγόριθμοι και το λογισμικό του θα τροφοδοτούν την ανάπτυξη των υπολογιστών υψηλής απόδοσης (HPC) και θα συνεχίσουν να επηρεάζουν σημαντικά σε δεκάδες τομείς την υπολογιστική επιστήμη, όπως την ανάλυση μεγάλων δεδομένων, την πρόγνωση του καιρού, την αεροδιαστημική μηχανική, τα νέα πρότυπα παραγωγής ενέργειας, την υγειονομική περίθαλψη και την ανακάλυψη φαρμάκων, τις τεχνολογίες “omics” (γονιδιωματική, μεταγραφική, πρωτεϊνομική, μεταβολομική), τα οικονομικά, τις εφαρμογές της Τεχνητής Νοημοσύνης, τις προσομοιώσεις μεγάλης κλίμακας, τους υπολογισμούς exascale (nextgen zetascale), τις αλματώδεις εξελίξεις επόμενης γενιάς στις αρχιτεκτονικές υπολογιστών, τις «επαναστάσεις» στα γραφικά υπολογιστών και στη βαθιά μάθηση, την υβριδική κβαντική επιστήμη και τεχνολογία, κοκ.
Ο καθηγητής το γνωρίζει αυτό αλλά παραμένει ψύχραιμος και συνεχίζει να διακατέχεται από μια σεμνότητα και από μια ταπεινότητα η οποία αποτυπώνεται στον τρόπο που σε κοιτά και που σου μιλά.
Τον ρωτάω αν θα άλλαζε κάτι στη ζωή του και μου απαντάει πως δεν θα άλλαζε τίποτα στο μέχρι τώρα πανέμορφο ταξίδι του και πως δεν έχει μετανιώσει για τίποτα από όλα όσα έχει δημιουργήσει.
Ολοκληρώνοντας αυτή τη συζήτηση και με αφορμή την παρουσία του στο φόρουμ τον ρωτάω τι συμβουλές δίνει στις νέες και νέους επιστήμονες:
«Τους λέω να κάνουν τέσσερα πράγματα: να ακολουθήσουν το πάθος τους, να στοχεύουν πάντα ψηλά, να είναι προετοιμασμένοι για την αποτυχία και να διασυνδέονται με άλλους ανθρώπους, να δικτυώνονται!». Κλείνω το κινητό μου και τον αφήνω να χαρεί την λιακάδα στον κήπο πηγαίνοντας να παρακολουθήσω την επόμενη διάλεξη. «Να μου στείλεις το λινκ του άρθρου όταν δημοσιευτεί!», μου ζητάει, καθώς απομακρύνομαι. «Μα δεν ξέρετε ελληνικά για να το διαβάσετε», του απαντώ. «Μην ανησυχείς! Έχω πολλούς καλούς φίλους και συναδέλφους Έλληνες που θα το διαβάσουν εκείνοι και θα μου πουν τι γράφει!» μου απαντά χαμογελώντας.
