نحن بحاجة إلى القمر للحوسبة

في أسابيعها الأخيرة، أصدرت إدارة أوباما تقريرًا ذاع صيته في مجتمع العلوم والتكنولوجيا الفيدرالي. بعنوان ضمان قيادة الولايات المتحدة على المدى الطويل في مجال أشباه الموصلاتوحذرت من أنه مع مخالفة الطرق التقليدية لبناء الرقائق لقوانين الفيزياء، فإن الولايات المتحدة معرضة لخطر فقدان تفوقها في صناعة الرقائق. وبعد خمس سنوات ونصف، في عام 2022، تعاون الكونجرس والبيت الأبيض لمعالجة هذا الاحتمال من خلال إقرار قانون CHIPS والعلوم، وهو مشروع جريء تم تصميمه على غرار مشروع مانهاتن، وبرنامج أبولو، ومشروع الجينوم البشري. على مدى ثلاث إدارات، بدأت حكومة الولايات المتحدة في تنظيم نفسها للعصر القادم من الحوسبة.

لقد ذهبت وزيرة التجارة جينا ريموندو إلى أبعد من ذلك بشكل مباشر يقارن مرور CHIPS بدعوة الرئيس جون كينيدي عام 1961 لهبوط رجل على سطح القمر. ومن خلال القيام بذلك، كانت تستحضر التقليد الأمريكي المتمثل في تنظيم النظام البيئي الوطني للابتكار لتحقيق هدف تكنولوجي جريء – وهو الهدف الذي لا يستطيع القطاع الخاص وحده تحقيقه. قبل إعلان جون كنيدي، كانت هناك تحديات تنظيمية وخلافات حول أفضل مسار للمضي قدمًا لضمان القدرة التنافسية الوطنية في الفضاء. هذا هو نمط الطموحات التكنولوجية المتروكة لجداولها الزمنية الخاصة.

إن وضع سياسة وطنية للتطوير التكنولوجي ينطوي على إجراء مقايضات والتعامل مع قضايا مستقبلية غير معروفة. كيف تتعامل الحكومة مع عدم اليقين التكنولوجي؟ وكيف ستكون طبيعة تفاعلها مع القطاع الخاص؟ وهل من المنطقي التركيز على تعزيز القدرة التنافسية في الأمد القريب أو وضع رهانات كبيرة على الإنجازات المحتملة؟

وخصص قانون الرقائق والعلوم 39 مليار دولار لجلب مصانع الرقائق ومورديها الرئيسيين إلى الولايات المتحدة، مع تخصيص 11 مليار دولار إضافية للبحث والتطوير في مجال الإلكترونيات الدقيقة. وفي قلب برنامج البحث والتطوير سيكون المركز الوطني لتكنولوجيا أشباه الموصلات، أو NSTC، الذي يُنظر إليه على أنه مركز لتكنولوجيا أشباه الموصلات. “مركز التميز الوطني“من شأنه أن يجمع أفضل ما في النظام البيئي للابتكار معًا لاختراع الجيل التالي من الإلكترونيات الدقيقة.

وفي عام ونصف منذ ذلك الحين، تم إيقاف برامج ومكاتب CHIPS، وبدأت منشآت تصنيع الرقائق في أريزونا وتكساس وأوهايو في العمل. ولكن برنامج CHIPS للبحث والتطوير هو الذي لديه فرصة لتشكيل مستقبل هذا المجال. وفي نهاية المطاف، هناك خيار يتعين علينا أن نتخذه فيما يتصل بأهداف البحث والتطوير الوطنية: فإما أن تتبنى الولايات المتحدة استراتيجية متحفظة تهدف إلى الحفاظ على تقدمها على مدى السنوات الخمس المقبلة، أو يمكنها أن توجه نفسها نحو تحقيق إنجازات حاسوبية حقيقية. إن الطريقة التي يتم بها تنظيم NSTC، والبرامج التكنولوجية التي يختار متابعتها، ستحدد ما إذا كانت الولايات المتحدة ستتصرف بطريقة آمنة أم أنها ستبذل قصارى جهدها.

مرحبا بكم في يوم الحساب

في عام 1965، اشتهر مؤسس شركة إنتل جوردون مور وتوقع أن الطريق إلى الأمام في مجال الحوسبة يتضمن حشر المزيد من الترانزستورات، أو المفاتيح الصغيرة، على رقائق السيليكون المسطحة. واستقراءًا منذ ولادة الدائرة المتكاملة قبل سبع سنوات، توقع مور أن عدد الترانزستورات سوف يكون كذلك مزدوج بانتظام في حين انخفضت تكلفة الترانزستور. لكن مور لم يكن مجرد توقع. وكان يصف أيضاً استراتيجية تكنولوجية (تسمى أحياناً “قياس الترانزستور”): تقليص الترانزستورات وتجميعها بشكل أقرب فأقرب من بعضها البعض، وتصبح الرقائق أسرع وأرخص. ولم يؤد هذا النهج إلى ظهور صناعة أشباه الموصلات التي تبلغ قيمتها 600 مليار دولار فحسب، بل قاد العالم إلى العصر الرقمي.

ولم يتوقع مور، الذي يتمتع ببصيرة ثاقبة، أن يستمر قياس الترانزستور إلى الأبد. وأشار إلى النقطة التي ستصل فيها عملية التصغير هذه إلى حدودها المادية بـ “يوم الحساب”. أصبحت صناعة الرقائق الآن قريبة جدًا من الوصول إلى ذلك اليوم، إذا لم تكن قد وصلت بالفعل. التكاليف ترتفع بشكل كبير والتحديات التقنية تتزايد. صناعة خرائط الطريق تشير إلى أنه قد يكون أمامنا حوالي 10 إلى 15 عامًا فقط قبل أن يصل حجم الترانزستور إلى حدوده المادية – وقد يتوقف عن تحقيق الربح حتى قبل ذلك.

للحفاظ على تقدم الرقائق على المدى القريب، اعتمدت صناعة أشباه الموصلات استراتيجية من جزأين. فمن ناحية، تعمل على بناء رقائق “تسريع” مصممة لتطبيقات محددة (مثل الاستدلال والتدريب على الذكاء الاصطناعي) لتسريع العمليات الحسابية. ومن ناحية أخرى، تقوم الشركات ببناء أجهزة من مكونات وظيفية أصغر – تسمى “الشرائح الصغيرة” – لتقليل التكاليف وتحسين القدرة على التخصيص. يمكن ترتيب هذه الشرائح جنبًا إلى جنب أو تكديسها فوق بعضها البعض. يمكن أن يكون النهج ثلاثي الأبعاد وسيلة قوية بشكل خاص لتحسين السرعات.

ستساعد هذه الاستراتيجية المكونة من جزأين على مدى السنوات العشر القادمة أو نحو ذلك، ولكن لها حدود طويلة المدى. فمن ناحية، تستمر في الاعتماد على نفس أسلوب بناء الترانزستور الذي يصل حاليًا إلى نهاية الخط. وحتى مع التكامل ثلاثي الأبعاد، سنستمر في مواجهة اختناقات الاتصالات المتعطشة للطاقة. ومن غير الواضح إلى متى سيمكن هذا النهج صانعي الرقائق من إنتاج أجهزة كمبيوتر أرخص وأكثر قدرة.

بناء منزل مؤسسي للقمر

والبديل الواضح هو تطوير بدائل للحوسبة التقليدية. ليس هناك نقص في المرشحين، بما في ذلك الحوسبة الكمومية؛ الحوسبة العصبيةالذي يحاكي عمل الدماغ في الأجهزة؛ و الحوسبة العكسية، والتي لديها القدرة على دفع كفاءة استخدام الطاقة في الحوسبة إلى حدودها المادية. وهناك الكثير من المواد والأجهزة الجديدة التي يمكن استخدامها لبناء أجهزة الكمبيوتر المستقبلية، مثل ضوئيات السيليكون، والمواد المغناطيسية، والإلكترونيات فائقة التوصيل. هذه الاحتمالات يمكن أن حتى تكون مجتمعة لتشكيل أنظمة الحوسبة الهجينة.

لا تعتبر أي من هذه التقنيات المحتملة جديدة: فقد ظل الباحثون يعملون عليها لسنوات عديدة، ومن المؤكد أن الحوسبة الكمومية تحقق تقدماً في القطاع الخاص. لكن واشنطن وحدها هي التي تمتلك القدرة على عقد الاجتماعات وأموال البحث والتطوير لمساعدة هذه الأنظمة الجديدة على تحقيق الحجم المطلوب. تقليديا، ظهرت الاختراقات في مجال الإلكترونيات الدقيقة بشكل مجزأ، ولكن تحقيق أساليب جديدة للحساب يتطلب بناء “كومة” حوسبة جديدة تماما – من مستوى الأجهزة حتى الخوارزميات والبرمجيات. ويتطلب هذا نهجاً قادراً على حشد النظام البيئي الإبداعي بالكامل حول أهداف واضحة لمعالجة مشاكل فنية متعددة بالترادف وتوفير ذلك النوع من الدعم اللازم “لإزالة المخاطر” من المشاريع التي كانت محفوفة بالمخاطر.

فهل من المنطقي التركيز على تعزيز القدرة التنافسية في الأمد القريب أو وضع رهانات كبيرة على الإنجازات المحتملة؟

ويمكن لـ NSTC أن يقود هذه الجهود. ولتحقيق النجاح، من الجيد أن نتبع خطى وكالة مشاريع البحوث المتطورة الدفاعية (DARPA) من خلال التركيز على برامج الوصول إلى القمر. وسيحتاج برنامجها البحثي إلى العزل عن الضغوط الخارجية. كما تحتاج إلى تعزيز أصحاب الرؤى، بما في ذلك مديري البرامج من الصناعة والأوساط الأكاديمية، ودعمهم بعدد كبير من الموظفين الفنيين الداخليين.

كما يحتاج صندوق الاستثمار التابع للمركز إلى إدارة مدروسة، بالاعتماد على أفضل الممارسات من صناديق الاستثمار القائمة في مجال التكنولوجيا العميقة، مثل ضمان الشفافية من خلال ممارسات العناية الواجبة وتزويد رواد الأعمال بإمكانية الوصول إلى الأدوات والمرافق والتدريب.

ما زال الوقت مبكرًا بالنسبة لـ NSTC: قد يكون الطريق إلى النجاح طويلًا ومتعرجًا. ولكن هذه لحظة حاسمة بالنسبة لزعامة الولايات المتحدة في مجال الحوسبة والإلكترونيات الدقيقة. وبينما نرسم الطريق إلى الأمام فيما يتعلق بـ NSTC وأولويات البحث والتطوير الأخرى، سنحتاج إلى التفكير بشكل نقدي حول أنواع المؤسسات التي سنحتاجها للوصول إلى هناك. قد لا نحصل على فرصة أخرى لتصحيح الأمر.

برادي هيلويج هو مدير مساعد للاقتصاد، وبي جي مايكيش هو مستشار أول في مشروع الدراسات التنافسية الخاصة، وهي مؤسسة خاصة تركز على تقديم توصيات لتعزيز القدرة التنافسية للولايات المتحدة على المدى الطويل.