En 2023, la Sociedad de Matemáticas Industriales y Aplicadas (SIAM), una sociedad profesional afiliada miembro de CRA, encargó a un grupo de trabajo la elaboración de una visión estratégica para los desafíos que surgirán en el futuro de la ciencia computacional. A principios de este mes, el grupo de trabajo publicó su informe, titulado El futuro de la ciencia computacional. CCC se complace en resaltar la importancia y la actualidad de este informe en el que muchos temas son confirmados por nuestras actividades e informes de visión. 

Como se cita en el informe, Estados Unidos era el líder indiscutible en informática avanzada y ciencia computacional. El grupo de trabajo afirma que en los últimos años ese liderazgo ha sido desafiado por rivales estratégicos. El informe El futuro de la ciencia computacional se creó para abordar formas de superar desafíos importantes para garantizar el liderazgo continuo de Estados Unidos.

Este informe enfatiza la creciente importancia de la colaboración interdisciplinaria. Los avances en la ciencia computacional a menudo surgen de la colaboración entre expertos de diversos dominios, lo que fomenta la innovación e impulsa el progreso.

Formar a la próxima generación de científicos computacionales también es esencial para sostener el progreso en el campo de la computación. Debería haber programas educativos sólidos e iniciativas de desarrollo de la fuerza laboral para dotar a las generaciones futuras de las habilidades necesarias para enfrentar los desafíos emergentes.

Otros artículos destacan las implicaciones éticas de la investigación computacional, abogando por prácticas responsables, transparencia y rendición de cuentas para garantizar que los avances tecnológicos beneficien a la sociedad en su conjunto.

Innovación y descubrimiento, impacto social y desafíos globales

Varias áreas de este informe arrojan luz sobre tres puntos: 

Innovación y descubrimiento: al fomentar la colaboración interdisciplinaria y adoptar tecnologías emergentes, los científicos computacionales pueden desbloquear nuevas fronteras del conocimiento e impulsar la innovación en diversos dominios.

Impacto social: a medida que la ciencia computacional continúe avanzando, su impacto en la sociedad solo crecerá. Se deben priorizar las consideraciones éticas para garantizar que los avances tecnológicos se establezcan de manera responsable y equitativa.

Desafíos globales: desde el cambio climático hasta la atención médica, la ciberseguridad y más, la ciencia computacional tiene un papel vital que desempeñar para abordar los desafíos globales. Aprovechando las herramientas y técnicas computacionales, los investigadores pueden desarrollar soluciones a problemas complejos que afectan a la humanidad en su conjunto.

Los hallazgos clave del informe incluyen:

1. Los investigadores en informática y las agencias de financiación deberían centrarse en establecer programas de ciencia computacional más completos. Esto significa dedicar fondos, personal e infraestructura para apoyar la investigación científica y la resolución de problemas utilizando métodos computacionales. Un programa incluye el Proyecto de Computación a Exaescala del Departamento de Energía (DOE), ubicado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Este proyecto busca preparar a los científicos y las instalaciones informáticas para la exaescala, un nivel de supercomputación capaz de realizar al menos un cálculo de coma flotante exaFLOPS por segundo para soportar cargas de trabajo expansivas. Para utilizar plenamente la tecnología ECP y el hardware futuro, el programa debe realizar avances tanto en matemáticas aplicadas como en informática. Esto podría implicar el desarrollo de algoritmos, métodos numéricos y herramientas de software optimizadas para entornos informáticos de alto rendimiento.
2. Además de aprovechar los avances actuales, el Programa de Computación Exaescala debe anticipar y prepararse para futuros desarrollos en computación de alto rendimiento. Esto incluye invertir en investigación y desarrollo para capitalizar las próximas mejoras de hardware. La colaboración se enfatiza como esencial para el éxito. El programa debería fomentar asociaciones entre matemáticos aplicados, informáticos y científicos de aplicaciones. Este enfoque multidisciplinario garantiza que las soluciones computacionales se adapten eficazmente para abordar desafíos nacionales críticos en diversos dominios.
3. La nación requiere un conjunto integral de inversiones para garantizar el avance sostenido de las tecnologías informáticas de alto rendimiento. Es importante no sólo lograr la computación a exaescala, sino también garantizar que el desarrollo de tales capacidades se extienda más para satisfacer los requisitos actuales y cambiantes de la nación en el campo de la ciencia computacional avanzada.
4. Invertir en tecnologías informáticas alternativas, como la computación neuromórfica y cuántica, es esencial para abordar importantes desafíos en el futuro que las arquitecturas informáticas convencionales tal vez no puedan afrontar. La computación neuromórfica está inspirada en la estructura y funcionamiento del cerebro humano. Su objetivo es desarrollar sistemas informáticos que imiten las redes neuronales del cerebro, permitiendo un procesamiento de información más eficiente y flexible, particularmente en tareas relacionadas con el reconocimiento de patrones, el aprendizaje y la adaptación. La computación cuántica utiliza los principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos. Las computadoras cuánticas tienen el potencial de resolver ciertos tipos de problemas exponencialmente más rápido que las computadoras clásicas, particularmente en áreas como la criptografía, la optimización y la simulación.
5. A medida que avanza la tecnología, los instrumentos e instalaciones científicos generan conjuntos de datos cada vez más grandes y complejos. Para seguir avanzando, los científicos necesitarán acceso a estas enormes cantidades de datos. Sin embargo, hacerlo requerirá importantes inversiones en infraestructura, recursos y tecnología para recopilar, gestionar, analizar e interpretar de forma eficaz estos flujos de datos. 
6. La inteligencia artificial y el aprendizaje automático tienen un potencial significativo para revolucionar los procesos de investigación científica. Estas tecnologías pueden mejorar varios aspectos de la investigación, incluido el análisis de datos, el reconocimiento de patrones y la generación de hipótesis. Sin embargo, para aprovechar plenamente estas oportunidades se necesitarán inversiones sustanciales en matemáticas e informática.

Intersección con iniciativas recientes de CCC

Este informe refuerza algunos de los temas en los que la CCC está interesada o en los que está trabajando, como el Full Stack Task Force. Este grupo de trabajo se centra en todo lo que implica un sistema informático y cómo estas tecnologías interactúan con los usuarios y desarrolladores. Entre las muchas discusiones del grupo se encuentran conversaciones sobre computación a exaescala, computación cuántica y neuromórfica. De hecho, uno de los miembros del Full Stack Task Force, Bill Gropp de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, forma parte del consejo de CCC y es un experto en computación a exaescala, donde trabaja en esta tecnología. 

Eventos como el taller Enfoques impulsados ​​por la comunidad para la investigación en tecnología y sociedad (CDARTS) comparten objetivos similares a los de este informe para reunir a los investigadores en informática y a las comunidades afectadas por los impactos de los sistemas de IA. El taller de CDARTS abordó cómo la investigación informática puede respaldar sus necesidades y las mejores prácticas de colaboración.

El CCC también acaba de finalizar una serie de seis mesas redondas sobre el establecimiento de mejores prácticas interdisciplinarias para la investigación informática, lo cual es relevante para las numerosas menciones en el informe sobre la urgente necesidad de colaboraciones interdisciplinarias. La CCC publicará un informe conjunto con la CRA sobre el tema en los próximos meses.

CRA y SIAM están conectados de muchas maneras. El presidente del Grupo de Trabajo SIAM, Bruce Hendrickson, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, acaba de elegidos a la Junta de la CRA. Mary Hall, directora de la Escuela de Computación de la Universidad de Utah, también formó parte del grupo de trabajo y forma parte de la Junta de la CRA, al mismo tiempo que forma parte del Comité Ejecutivo de la CRA. Lea el informe completo del Grupo de Trabajo SIAM esta página.

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