بنية تحتية لتكنولوجيا المعلومات مبنية على عود أسنان: العقدة الخفية

المؤلف: جامع الرهيب

هل فكّرت يومًا في عدد طبقات التكنولوجيا التي مرّ بها المقال الذي تتصفحه الآن؟

نظام تشغيل الهاتف، نواة المتصفح، محرك JavaScript، WebAssembly، CDN، DNS، خوادم سحابية، نواة Linux، مكتبة تشغيل C، مجموعة تعليمات CPU، شريحة أشباه الموصلات... تنتهي أخيرًا على شريحة سيليكون تستهلك الطاقة.

كل طبقة تبدو متينة كالصخر. كل طبقة لديها ورقة بيضاء، وشهادات، ودعم من شركات كبرى.

لكن عندما تنظر إليها مكدسة معًا، ستحصل على صورة مقلقة — برج بابل متهالك، وأساسه الوحيد هو عمود أحمر رفيع يكاد يكون سخيفًا.

Its name is: Von Neumann bottleneck.

وأنت واقف على قمة البرج، تمسك هاتفك وتظن أن كل شيء طبيعي.

فون نيومان، أبو الحاسوب الحديث. معمارية فون نيومان هي التصميم الأساسي لمعظم الحواسيب الحديثة. يُشرف وحدة المعالجة المركزية على الحساب، بينما تُشرف الذاكرة على التخزين، ويتم نقل البيانات بينهما عبر خط نقل واحد. تم استخدام هذا التصميم منذ عام 1945 حتى اليوم، وصمد عبر عصور الحواسيب الضخمة وأجهزة الكمبيوتر الشخصية والإنترنت وعصر الهواتف المحمولة، وهو الآن يدعم الذكاء الاصطناعي.

لكنه يعاني من عيبين طبيعيين: 1) تصبح وحدات المعالجة المركزية أسرع في الحساب، لكن الذاكرة والشريحة لا تواكبها. يصبح نقل البيانات هو الحد الأقصى للنظام بأكمله — فمعظم وقت وحدة المعالجة المركزية لا يُقضى في الحساب، بل في انتظار البيانات. 2) تعتمد معالجة وحدة المعالجة المركزية بشكل كبير على سعة التخزين المؤقت، لكن التخزين المؤقت له قيود فيزيائية طبيعية ولا يمكن توسيعه أفقيًا مثل الذاكرة. تحت تأثير لغات البرمجة الحديثة التي تركز على قابلية القراءة البشرية، أصبحت البرامج أكثر ضخامة والبيانات غير المتجانسة أكثر تعقيدًا، مما تجاوز بالفعل حدود سعة التخزين المؤقت، وبالتالي زاد من تكرار وحجم نقل البيانات بين الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية، مما جعل أداء الحاسوب أبطأ وأكثر توقفًا وأكثر عرضة للتعطل. هذا هو "حاجز فون نيومان".

المفارقة أن هذا العقبة هي أعمق وأهم وأكثر مشكلة لا يمكن تجنبها في صناعة تكنولوجيا المعلومات، لكنها أيضًا أكثر مشكلة تُهمل.

لماذا؟ لأن حلّه صعب للغاية ولا يدرّ أرباحًا بسهولة.

تفضل الشركات الكبرى إضافة طبقات متعددة فوقها — وحدات معالجة رسومية أسرع، وذاكرة فيديو أكبر، وطبقات تخزين مؤقت أكثر تعقيدًا، وخوارزميات جدولة أكثر ذكاءً. كل طبقة يمكن تضمينها في عرض تقديمي، وكل طبقة يمكن بيعها، وكل طبقة تتجنب تلك العمود الأحمر بدلاً من مواجهة المشكلة وحلها.

كما أن مبنىً ما يُضاف إليه طوابق باستمرار، بينما تُغطى الشقوق في الأساس بورق جدران أسمك وأسمك.

تسأل إذا كان السكان داخله آمنين؟ سيقولون: لا داعي للقلق، لقد قمنا للتو بتركيب أحدث قفل ذكي واشترينا أقوى تأمين ضد الكوارث.

انظر إلى هذه الصورة، وستلاحظ ظاهرة مثيرة للاهتمام: كل طبقة على حدة تبدو وكأنها مكعبات مصممة بعناية.

تتمتع أنظمة التشغيل بهيكل نواة دقيق. تحتوي ذاكرة HBM ذات النطاق الترددي العالي على عملية تكديس دقيقة. تحتوي وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات على تصميم دقيق يضم مليارات الترانزستورات. مصانع أشباه الموصلات هي تاج الصناعة البشرية.

تُحافظ مؤسسة Linux وApache على أبرز البنية التحتية مفتوحة المصدر موثوقية في العالم. يُستدعى LibcURL من قبل تقريبًا جميع البرامج التي تحتاج إلى اتصال بالشبكة. يسمح نظام DNS للإنترنت العالمي بالعثور على بعضه البعض. وتتعهد مزودو الحوسبة السحابية بتوفر بنسبة 99.99%.

كل قطعة مربعة ومنظمة، وكل قطعة لديها ورقة بحثية، ومعيار، وتدقيق.

لكن عندما ترصّها من الأسفل إلى الأعلى، يتغير المشهد.

هذا هو حقائق البنية التحتية الرقمية الحديثة: ليست نظامًا مصممًا بعناية، بل معجزة مبنية من تراكم حلول مؤقتة لا حصر لها.

يعمل لأنه تم إصلاحه عددًا كبيرًا من المرات في ليالٍ متأخرة من قبل عدد كبير من الأشخاص، وليس لأنه تم تصميمه جيدًا.

تظن أنك تقف على مبنى ضخم. في الحقيقة، أنت تقف على كومة من الكتل المُصلحة.

انظر إلى الذراع الميكانيكية التي تخرج من الجانب في الصورة، ومكتوب عليها "AI الذكاء الاصطناعي".

It is not supporting the tower, but acting as a lever to accelerate the collapse of the block-like structure.

هذا هو السخرية الأكثر دقة من حماس الذكاء الاصطناعي الحالي.

الجميع يتحدث عن الذكاء الاصطناعي كثورة في الإنتاجية، كعصر قادم، كحل سحري ينقذ كل شيء. لكن من منظور البنية التحتية، فإن أول شيء يفعله الذكاء الاصطناعي هو دفع النظام الذي يهتز بالفعل إلى حافة أكثر خطورة.

لماذا؟ لأن: 1) الذكاء الاصطناعي هو عملاق للقوة الحسابية. إن استهلاك الطاقة لتدريب نموذج كبير واحد يعادل استهلاك مدينة صغيرة لسنة كاملة. إن نشر الاستنتاج يتطلب كميات هائلة من وحدات معالجة الرسوميات (GPU)، والتي لا تزال تعمل أسفلها على بنية فون نيومان — الضغط على ذلك العمود الأحمر أكبر مما كان عليه في أي وقت مضى. 2) يسبب استعلام المستخدمين للذكاء الاصطناعي ضغطًا على البنية التحتية للبيانات يزيد عن ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف ضعف الضغط الذي يسببه المستخدمون البشريون، بينما تؤدي الحلول التي يتم الترويج لها حاليًا للدورات المتكررة إلى زيادة تكرار مهام الذكاء الاصطناعي في استعلامات واسترجاع البيانات والحسابات بشكل هندسي إضافي.

الأكثر سخرية هو إنتاج الذكاء الاصطناعي.

يتم تقديم كميات هائلة من الكود المولد بواسطة الذكاء الاصطناعي إلى مشاريع مفتوحة المصدر، بجودة متباينة وثغرات متكررة. تملأ المحتويات المولدة بواسطة الذكاء الاصطناعي الإنترنت، مما يغمر نتائج محركات البحث بالمحتوى غير المرغوب فيه. يتم تسويق كميات هائلة من "الحلول" المولدة بواسطة الذكاء الاصطناعي كمنتجات للعملاء، ويُكتشف لاحقًا أن الأساس مجرد وهم.

لم يُصلح الذكاء الاصطناعي العمود الأحمر، بل أضاف طبقة أخرى على قمة البرج، ثم أخبر الجميع: انظروا، نحن أعلى الآن.

أما عن احتمال الانهيار، فذلك أمر يخص الربع القادم.

يُقال مزحة جيدة: استخدم البشر 70 عامًا لتطوير الحواسيب من "الحساب السريع" إلى "القدرة على التحدث عبثًا"، ثم سموّوا هذا تقدمًا.

على يمين الرسم، طائر غاضب يصطدم بجسم البرج. التسمية الجانبية تقول: "ما تفعله الشركات الكبرى".

هذا التشبيه قاسٍ، لكنه دقيق.

تُطلق الشركات الكبرى من وقت لآخر منتجًا جديدًا "ثوريًا" أو إطارًا جديدًا أو معيارًا جديدًا. تكون حفلات الإطلاق ضخمة، والعروض التقديمية رائعة، ويكيل المُؤثرون المديح بحماس.

لكن هذه المنتجات غالبًا ما لا تُصلح أو تعزز الهيكل الصناعي الحالي، بل تدمره.

عندما يظهر إطار عمل جديد، يموت نظام البيئة الخاص بالإطار القديم. عندما يظهر معيار جديد، تصبح جميع الأجهزة المتوافقة مع المعيار القديم "منتجات متخلفة". الشركات الكبرى لا تجهل أن هذا النهج له تكلفة. لكن بالنسبة لها، تتحمل المطورون والمستخدمون تكلفة تدمير النظام البيئي، بينما تستفيد الشركة من النمو والقيمة التي يجلبها المنتج الجديد.

على اليسار، مطور مستقل باستخدام Rust يطير على صاروخ، مع ملاحظة تقول: "المطورون المستقلون باستخدام Rust يفعلون أشياءهم الخاصة".

هذا سخرية أخرى.

المطورون المستقلون هم أكثر المجموعات نشاطًا في نظام التكنولوجيا المعلوماتية. فهم غير مقيدين بمؤشرات الأداء الرئيسية للشركات الكبرى، ويمكنهم تجربة الأخطاء بسرعة وتطوير تطبيقات متميزة لا تستطيع الشركات الكبرى إنتاجها.

لكن إنتاج المطورين المستقلين له جانب آخر

فوضوي. نفس الوظيفة، قام بها عشرة مطورين مستقلين بعشرة إصدارات، كل منها مختلف، وكل منها لديه فلسفة تصميم خاصة به، وكل منها يُحافظ عليه فقط حتى يفقد المؤلف اهتمامه.

- غير منظم. لا يوجد معيار موحد، ولا التزام بالتوافق، ولا خطة ترقية. اليوم يمكن استخدامه، وغدًا قد يحذف المطور المستودع بالكامل.

غير دقيق. العديد من المشاريع المستقلة لا تخضع للاختبار، ولا تمتلك وثائق، ولا تخضع لمراجعة أمنية. يعتقد المؤلف أن "الشيء الذي يعمل كافٍ"، ثم يعتمد عليه عشرة آلاف مشروع آخر.

هذه المشكلات، عندما تُنظر إليها بشكل منفصل، ليست كبيرة، لكنها عندما تتراكم، تصبح نوعًا آخر من التدمير للسوق. المستخدمون يختارون بين عدد لا حصر له من المنتجات ناقصة الإنجاز، والمطورون يقعون في فخاخ عدد لا حصر له من الإطارات المهجورة، وتصبح تكلفة الثقة في البيئة بأكملها أعلى وأعلى.

أما المطورون المستقلون المتميزون حقًا، مثل مطور Rust الذي يطير على صاروخ في الصورة — فهم يفعلون أشياءهم الخاصة بشكل ممتاز، لكنهم لا علاقة لهم بهذه البرج المتهالك.

The tower won't become more stable because of them, and they won't stop because of the tower.

كل شخص مشغول بعمله، وكل شخص ينهار بحسبه.

دعونا ننظر إلى هذه الصورة بالكامل من البداية إلى النهاية.

في القاعدة، يوجد مربع كبير رمادي مكتوب عليه "الكهرباء (القوة الحسابية، الماء، الطاقة... إلخ)". هذه هي نقطة البداية لكل شيء — بدون كهرباء، لا توجد حسابات. لكن في السرد الخاص بصناعة تكنولوجيا المعلومات، تُعتبر الكهرباء أكثر طبقة تُهمل. يتحدث الناس عن الأنظمة الأصلية للسحابة، وعن الخدمات الدقيقة، وعن النماذج الكبيرة، لكن قليلاً من يسأل: من أين تأتي الكهرباء التي تستهلكها هذه الأشياء؟ وما تكلفتها؟ وما تأثيرها على البيئة؟

فوق الكهرباء، هناك أربع حجارة أساسية: نظام التشغيل، الذاكرة عالية النطاق الترددي (HBM)، وحدات المعالجة المركزية/الرسومية، ومصانع أشباه الموصلات. هذه هي الطبقة المادية، وهي الجزء الحقيقي "المربع والمستقيم". كل حجر يمثل أعلى مستويات الصناعة البشرية. لكن انتبه، فهي أربع حجارة منفصلة، وليست قاعدة واحدة موحدة — فإن الربط بينها يحتوي على فجوات بنفسه.

أعلى ذلك، هناك لوح طويل متذبذب مكتوب عليه "المصفوفات الديناميكية لمطوري لغة C". يمتد هذا اللوح على أربع قواعد أساسية، وهو غير مستقر بحد ذاته. وفي وسطه بالضبط، يدعم عمود رفيع أحمر كل الوزن أعلاه—زِقّ فون نيومان. في النهاية، يقع وزن عالم تكنولوجيا المعلومات بأكمله على هذا العمود.

أعلى من ذلك، بدأت الأسلوبية في الخروج عن السيطرة. مشروع C99 يعتمد على سلوك غير معرف يتحمل وظائف حاسمة. تحت JVM، تم وضع علامة X على قواعد البيانات العلائقية. ذراع ميكانيكي يمتد من الجانب، مُعرّف بـ "الذكاء الاصطناعي AI"، ويقوم بدفع البرج.

استمر لأعلى، هناك محرك V8 وleft-pad وأمن الشبكة وWebAssembly—هذه هي طبقة الويب. بجانبها مكتوب بحروف كبيرة "مطورو الويب يدمرون أنفسهم" و"الأمور الغريبة التي تحدث في الويب".

في الأعلى، يقف شخص صغير ممثلًا المستخدم على قمة برج متهالك، بجانبه مكتوب "أنت هنا". عند التكبير، يرى أن هذا الشخص الصغير يحمل هاتفًا ذكيًا — إنه يستخدم هذا البرج، والبرج قد ينهار في أي لحظة.

على يسار البرج، مطور مستقل بلغة Rust يطير على صاروخ ليقوم بمهامه الخاصة. على يمين البرج، طائر صغير غاضب (شركة كبيرة) يصطدم بجدار البرج. أعلاه، سحابة وحيدة تطفو مكتوب عليها "خوادم سحابية متوافقة مع المواصفات" — وهي غير متصلة بالبرج إطلاقًا، كأنها مجرد مفهوم.

لا توجد كلمة زائدة في الصورة بأكملها. كل ملاحظة هي شوكة تغرس في أكثر الأماكن التي لا يرغب قطاع تكنولوجيا المعلومات في لمسها.

إنه لا يتوقع شيئًا. إنه يصف الحاضر.

عندما تصل هذه المقالة إلى هنا، قد يقول البعض: أنت متشائم جدًا، أليس صناعة تكنولوجيا المعلومات تعمل بشكل جيد؟

نعم، إنه يعمل.

لكن "العمل" و"الثبات" أمران مختلفان. أن يمشي شخص ما لا يعني أن عظامه خالية من الشقوق. أن تمر سيارات على جسر لا يعني أن حمله لا يتجاوز الحدود المسموحة.

الخوف من صناعة تكنولوجيا المعلومات يكمن في أن كل طبقة منها تتطور بسرعة كبيرة، لكن المشكلات الأساسية في القاعدة لم تُحل أبدًا. لا يزال اختناق فون نيومان موجودًا، ولا يزال التخلص من المباني الكبيرة مستمرًا، ولا يزال الذكاء الاصطناعي ينتج نفايات، ولا يزال المطورون المستقلون يعملون بشكل منفصل.

الجميع يبنون للأعلى، ولا أحد يرغب في النظر للأسفل.

لأنك إذا نظرت للأسفل، ستجد أن الأساس عبارة عن عود أسنان. وعود الأسنان، لا يمكنها التحمل إلى الأبد.

ربما فقط في ذلك اليوم، عندما نقف على قمة البرج ونحمل الهواتف، سنطرح السؤال لأول مرة: كيف تم بناء أساس هذا المبنى؟