في إنجاز علمي وتقني بارز، حصل فريق بحثي من جامعة ETH Zurich بقيادة البروفيسور Mathieu Luisier على الذكر الكريم (Honorable Mention) في جائزة Gordon Bell Prize لعام 2025، إحدى أكثر الجوائز المرموقة في عالم الحوسبة عالية الأداء HPC. جاء هذا التكريم خلال مؤتمر SC25 الدولي في مدينة سانت لويس الأمريكية، والذي يعد المنصة العالمية الأبرز لمناقشة تطورات الحوسبة المكثفة والأنظمة الفائقة الأداء.

جدول المحتويات

تُبرِز هذه الجائزة دور الهندسة الكهربائية والحوسبة في دفع حدود البحث العلمي، خاصة في المحاكاة الكمومية للنظم المعقدة التي تتطلب موارد حوسبة هائلة ودقة حسابية متقدمة، ما يعكس تقاطع واضح بين التخصصات التقنية والمجالات العلمية الحديثة.

🔹 نقطة مهمة:

تكريم هذا الفريق يؤكد أهمية استغلال الحوسبة الفائقة لتحليل النظم الكهربائية والمواد على المستوى الذري، ما يفتح آفاق تطوير أنظمة وتقنيات كهربائية أكثر تطورًا ومستقبلية.

⚡ خلفية هندسية حول الحوسبة الفائقة وتطبيقاتها في الهندسة الكهربائية

تُعد جائزة Gordon Bell Prize تقديرًا لأفضل المشاريع التي تحقق أداء حوسبة عاليًا جداً، وتطبيقات في محاكاة النظم الفيزيائية والهندسية. وقد ركز فريق البروفيسور Luisier على محاكاة النقل الكمومي للالكترونات باستخدام نموذج “GW Approximation” في نظام يحوي أكثر من 42,000 ذرة، مما يُعد تحديًا حاسوبيًا خارقًا.

في مجال الهندسة الكهربائية، هذا النوع من المحاكاة يساهم في فهم خصائص المواد شبه الموصلة وتقنيات الترانزستور على المستوى الذري، وهو أمر يساهم بشكل مباشر في تحسين وتصميم مكونات إلكترونية وكهربائية ذات أداء أعلى وكفاءة أكبر.

⚠️ تنبيه سلامة:

عند التعامل مع أجهزة الحوسبة العالية الأداء، يجب التأكد من أن بيئة التشغيل توفر نظام تبريد فعال وحماية من التداخل الكهرومغناطيسي، لتفادي الأعطال التي قد تؤثر على دقة النتائج أو جودة البيانات.

🔧 مبدأ عمل المحاكاة الكمومية وتحدياتها التقنية

تعمل المحاكاة الكمومية على حل معادلات Schrödinger بشكل تقريبي لدراسة سلوك الجسيمات الدقيقة داخل المواد. يستخدم الفريق أساليب متقدمة مثل GW Approximation لتحسين دقة الحسابات المتعلقة بتوزيع الالكترونات ومستوى الطاقة في المواد.

تتطلب هذه العمليات حسابات رياضية معقدة تم تنفيذها على حواسيب فائقة الأداء ذات قدرات ضخمة في المعالجة المتوازية، حيث تمكن الفريق من تحقيق استقرار في الأداء واستخدام موارد تفوق Exascale، أي تريليونات العمليات الحسابية في الثانية.

هذا المستوى من الدقة والأداء يسمح بدراسة التأثيرات الكمومية بدقة غير مسبوقة، مما يُسهم في تطوير مكونات كهربائية وإلكترونية مبتكرة تميزت بالكفاءة والموثوقية.

📊 التطبيقات العملية وتأثيرها على مجالات الهندسة الكهربائية

تحسين تصميم المواد شبه الموصلة المستخدمة في الترانزستورات وأشباه الموصلات.
تطوير تقنيات جديدة للتحكم في تدفق التيار الكهربائي على المستوى النانوي.
المساهمة في تصميم أجهزة الجيل القادم للطاقة الشمسية وتحويل الطاقة بكفاءة عالية.
تمكين البحوث المتعلقة بالنانوإلكترونيات التي تؤثر مباشرة في تحسين أداء الدوائر الكهربائية.

تمثل هذه المحاكاة جسراً هامًا بين النظرية والتطبيق، حيث تسمح لمحترفي الهندسة الكهربائية بفهم أعمق لخصائص المواد وتحسين الأجهزة الكهربائية بأساليب علمية محكمة.

📌 خلاصة سريعة:

جائزة الأبحاث الحاسوبية العالية الأداء تسلط الضوء على ضرورة دمج علوم الحوسبة والهندسة الكهربائية لتطوير تكنولوجيات كهربائية مستقبلية.

❌ الأخطاء الشائعة في التعامل مع أنظمة الحوسبة والتطبيقات الكهربائية

التقليل من أهمية مرحلة التبريد والحماية الإلكترونية في مراكز الحوسبة الفائقة.
الإهمال في تحديث البرمجيات والأدوات الحاسوبية المستخدمة في المحاكاة، مما يؤدي لنتائج خاطئة أو غير دقيقة.
السقوط في فخ استخدام أجهزة قياس وتنظيم غير مناسبة لمتطلبات المشاريع المعقدة، مما يضر بسلامة النظام والكفاءة.
عدم فحص جودة التيار والجهد المتوفر في الأنظمة المشغلة، ما قد يسبب تلفاً للمكونات الإلكترونية الحساسة.

⚠️ تنبيه سلامة:

يجدر بالفنيين والطلاب مراعاة قواعد السلامة عند تشغيل الأجهزة فائقة الأداء، مثل التحقق من شروط التأريض، وتتبع جاهزية لوحات التوزيع وأنظمة الحماية.

🛡️ السلامة الكهربائية وأساليب وقاية البيئة التشغيلية للحوسبة العالية الأداء

توفير بيئة تشغيل آمنة ومأمونة هو جزء لا يتجزأ من العمل في الحوسبة عالية الأداء، خاصة عندما يتعلق الأمر بالتطبيقات الكهربائية المعقدة. أهم الضوابط تشمل:

تأريض نظام الحاسوب الفائق بشكل دقيق لمنع تسرب التيارات الكهربائية وحماية المعدات البشرية.
استخدام قواطع ومحددات الحمل لحماية الأجهزة من تيارات كهربائية زائدة أو دوائر قصيرة.
الاعتماد على نظم تبريد وتقنيات إنذار مستمرة للتأكد من سلامة الأجهزة.
تدريب الفرق الفنية على آليات السلامة وتطوير مهارات التعامل مع أدوات التحكم والقياس.

التزام هذه المبادئ يضمن استمرارية عمليات الحوسبة ودقة النتائج، بالإضافة إلى حماية الفرق العاملة من المخاطر الكهربائية المحتملة.

📐 القياسات وأدوات المراقبة في مشاريع الحوسبة والهندسة الكهربائية

من الضروري استخدام أجهزة قياس دقيقة وموثوقة لضمان مراقبة جودة التيار والجهد المُغذية لمراكز الحوسبة ولكافة الأجهزة المرتبطة بها، ومن بين هذه الأدوات:

Multimeter: لقياس الجهد، التيار، المقاومة، والدوائر الكهربائية بشكل دقيق.
Clamp Meter: لقياس تيار الحمل بدون فصل الدارة الكهربائية.
أجهزة قياس جودة القدرة (Power Quality Analyzers) لمراقبة التذبذبات والتوافقيات التي تؤثر على استقرار الأنظمة.

هذه الأدوات تساعد الفنيين والمهندسين في ضمان بيئة تشغيل مستقرة وآمنة، وتشخيص المشكلات الكهربائية بشكل سريع ودقيق.

🔹 نقطة مهمة:

المحافظة على أدوات القياس ومعايرتها بشكل دوري يُعد من الممارسات الأساسية للحفاظ على دقة العمليات وضمان الكفاءة التشغيلية.

ختامًا

يمثل تكريم فريق البروفيسور Mathieu Luisier في جائزة Gordon Bell Prize 2025 إنجازًا علميًا له أهمية كبيرة في هندسة الكهرباء والحوسبة عالية الأداء. فالتقنيات المتقدمة للمحاكاة الكمومية وتحقيقها لأداء Exascale تؤكد قدرة الهندسة الكهربائية الحديثة على استغلال الحوسبة المتطورة لتطوير الأنظمة والمواد ذات الأداء الفريد.

للطلبة والمتدربين والفنيين، هذه الإنجازات هي دعوة مفتوحة لفهم أعمق للحوسبة والتقنيات الكهربائية، وللتمسك بالمبادئ الهندسية وأسس السلامة التي تضمن استمرارية التقدم العلمي والتكنولوجي بشكل مستدام وآمن.