BİLKENT’te Dünyanın En Büyük Bilişimsel Elektromanyetik Problemleri Çözülüyor

ÜNİVERSİTE-ARAŞTIRMA

Bilkent Üniversitesi Rektörlüğü’ne bağlı olarak kurulan Bilişimsel Elektromany-etik Araştırma Merkezi (BiLCEM) her türlü elektromanyetik uygulamada karşılaşılan karmaşık problemlerin bilgisayarlar ve bilişim olanakları kullanılarak çözülmesinde bir dünya merkezi oldu ve bu alanda rekorlara imza atıyor. Prof. Dr. Levent Gürel

Bilişimsel elektromanyetik disiplininin, iletişim, elek-tronik, tıbbi görüntüleme, antenler, elektromany-etik uyumluluk, uzaktan algılama ve nano-teknoloji gibi gerçek yaşamda önem taşıyan pek çok alanda uygulamaları mevcuttur.

Gerçek yaşamda önem taşıyan problemler, hem karmaşık, hem de büyük problemlerdir. Bu çeşit problemleri yüksek doğrulukla çözüp bilime ve insanlığa yararlı sonuçlar elde edebilmek için çok büyük matris denklemlerinin çözümünün başarılması ger-ekir. 2006 yılından başlayarak, bilişimsel elektromanyetikte dünyanın en büyük matris denklemleri BiLCEM’de çözülüyor. BiLCEM’in tek bir dünya rekoru yoktur, 2006’dan günümüze kadar arka arkaya kırılmış olan pek çok dünya rekoru vardır. Örneğin, Eylül 2008’de çözülmüş olan dünyanın en büyük elektromanyetik proble-mi 205 milyon bilinmeyen içermektedir. İki bilinmeyenli iki denklem, üç bilinmeyenli üç denklem çözmeye benzer bir şekilde, 205 milyon bilinmeyen içeren 205 milyon adet denklemin çözümü gerçekleştirilmiştir. Bir başka deyişle, dünya rekorunu kırabilmek için 205,000,000x205,000,000 boyutlarında dev bir matris denklemi-nin çözülmesi gerekmiştir. Böyle bir matrisin her elemanını 1 cm² içine sığdırabilseydik, (2050 km)x(2050 km) boyutlarındaki matrisin alanı Türkiye yüzölçümünün beş katından fazla olurdu. BiLCEM’in rekorları neden önemli? Bilişimsel elektro-manyetik alanında dünyanın en büyük problemlerini çöze-bilmek, BiLCEM’e bazı uygulama alanlarındaki zor problemleri ilk defa çözebilme kabiliyetini kazandırdı. Dünyadaki diğer araştırma gruplarının çözemediği problemleri çözebilmek, bazı teknolojilerde geliştirme yapabilmek anlamına gelmektedir. Örneğin, dünyanın en yüksek frekanslı radar simülasyonları en hassas olarak BiLCEM’de yapılabilmektedir. Bir başka örnek olarak, dünyanın en karmaşık ve en büyük metamalzeme yapıları BiLCEM’de modellenebiliyor.

Rekorlar nasıl tescil ediliyor? BiLCEM araştırmacılarının hazırladıkları bilimsel makaleler Electronics Letters ve IEEE Transactions on Antennas and Propagation gibi prestijli der-gilerde yayınlandı. Ek olarak, kırılan rekorların bilimsel yön-lerini öne çıkaran konferans bildirileri 2006 yılından beri önemli uluslararası sempozyumlarda sunulmaktadır. Bu sayede, BiLCEM araştırmacıları dünyadaki diğer rakiplerinin gözleri-nin içine bakarak “sizin çözemediğiniz problemleri biz Bilkent

Üniversitesi’nde çözdük!” deme fırsatını bu-luyor. Uygulama alanları nelerdir? BiLCEM’de sa-vunma, uzay, tıp, elektronik, iletişim, radarlar, antenler, elektromanyetik uyumluluk, optik, görüntüleme, uzaktan algılama ve nanote-knoloji gibi pek çok alandaki problemlerin elek-tromanyetik çözümleri gerçekleştirilmektedir. Uygulama alanları belirlenirken özellikle gerçek yaşamda önem taşıyan problem-lerin seçilmesine özen gösterilmektedir. BiLCEM’in bilgisayar olanakları nelerdir? Büyük ve karmaşık problemlerin çözümleri-nin gerçekleştirilebilmesi için en yeni bilişim olanakları kullanılmaktadır.

En gelişmiş çok-çekirdekli işlemciler kullanılarak paralel bilgisa-yar sistemleri kurulmaktadır. Değişik niteliklerdeki ihtiyaçları karşılayabilmek için BiLCEM’de halen irili ufaklı pek çok paralel bilgisayar sistemi bulunmaktadır. Bunların arasında en önemli-leri 64 çekirdekli ve 128 çekirdekli iki süper bilgisayar sistemi-dir. BiLCEM araştırmacıları tarafından kurulan iki paralel süper bilgisayar, hem gurur kaynağıdır, hem de dünya rekorlarının kırılabilmesi için gereken bilişim kaynağıdır. Öte yandan, www.top500.org sitesinden de teyit edilebileceği gibi, bu bilgisayarlar dünyanın en güçlü 500 bilgisayarı arasına bile girmemektedir.

Anten tasarımları Hava taşıtlarından saçılım ve radarda görüntüleme

BiLCEM TakımıKendi konularında dünyanın en iyisi olma aşamasına gelmiş olan doktora öğrencileri BiLCEM’in çalışmalarına ve başarılarına en büyük katkıyı yapmaktadırlar. Uluslararası bir mükemmeliyet merkezi olması nedeniyle, Türkiye’den ve yurtdışından doktoralı araştırmacılar da BiLCEM’e uzun süreli ziyaretler yapmakta ve or-tak araştırma çalışmaları yürütmektedirler. Yüksek lisans ören-cileri ve profesyonel mühendislere ek olarak, lisans öğrencileri de BiLCEM’de çalışma olanağı bulabilmektedirler. Kıdemli dokto-ra öğrencisi Özgür Ergül hem hızlı çözüm algoritmaları, hem de paralel programlar geliştirerek dünya rekorlarının kırılmasına en büyük katkıyı yapmaktadır. Doktora öğrencisi Tahir Malas büyük matris denklemlerinin iteratif çözümlerini hızlandırabilmek için önemli çalışmalar yapmaktadır. Bir başka doktora öğrencisi olan Alp Manyas ise yüksek frekans problemlerinin hızlı çözümleri ko-nusunda çalışmaktadır. BilCEM’in kurucusu olan Prof. Dr. Levent Gürel halen araştırma merkezinin direktörlüğünü yürütmektedir.

Ufukta neler var? Halen dünyanın en büyük bilişimsel elektromanyetik prob-lemlerini çözebilen BiLCEM araştırmacılarının bundan sonraki çalışmaları için iki ana hedefleri var. Birincisi, daha büyük ve daha çeşitli elektromanyetik problem-lerinin yüksek doğrulukla çözülebilmesi için eldeki yeteneklerin geliştirilmesinin sürdürülmesi. İkinci hedef, halen dünyanın en güçlüsü olmasına rağmen geliştirilmeye devam edilen bu elektromanyetik çözüm motorunun gerçek yaşamda önem taşıyan, evrensel bilim birikimine katkıda bulunacak ve ülkemiz ekonomisine yararlı olacak uygulama konuları ve problemleri üstünde kullanılması.

Daha fazla bilgi için: www.cem.bilkent.edu.tr web sitesinden takip edilebilir. Kim bilir, belki de bir sonraki ziyaretinizde yeni bir dünya rekoruyla karşılaşabilirsiniz ve bu gururu BiLCEM takımıyla paylaşabilirsiniz.

Pek çok lisans öğrencisinden Türk ve yabancı doktoralı bilim insanlarına ka-dar geniş bir yelpazede araştırmacıları barındıran BiLCEM, aynı zamanda başta elektronik ve bilgisayar mühendisleri olmak üzere profesyonel bir kadroya da sahip. BiLCEM Direktörü Prof. Gürel, özellikle doktoralı araştırmacılara istih-dam olanağı sağlamayı hedeflediklerini belirtiyor ve doktorasını ülkemizde veya yurtdışında tamamlamış olan bilim insanlarını BiLCEM’e davet ediyor. Doktoralı araştırmacılara daha fazla istihdam olanağı sağlanması sayesinde, hem doktora çalışmalarının ülkemizde daha çekici hale getirilmesi, hem de doktoralarını yurtdışında tamamlamış olan araştırmacıların ülkemize dönüşünü daha cazip hale getirerek tersine beyin göçü yaratılması hedefleniyor.

BiLCEM’de dünyanın en güçlü bilgisayarları kullanılmadan dünyanın en büyük problemlerinin çözülebiliyor olması, “alet işler, el övünür” duru-munun geçerli olmadığının kanıtıdır. Bu başarının ardında BiLCEM’de geliştirilen matematiksel fiziğe dayalı çözüm yöntemleri, hızlı algoritma-lar ve paralel programlar yatmaktadır. Böyle bir çoklu disiplin çalışmasını başarıyla yürüten BiLCEM takımı, bir başka deyişle, ham donanım gücü ye-rine nitelikli insan gücü, dünya rekorlarının arkasındaki asıl itici unsurdur.

Cumhuriyet Bilim Teknik 27 Şubat 2009

BiLCEM’de gerçekleştirilen projeler BiLCEM’in araştırma projeleri, Savunma Sanayi Müsteşarlığı (SSM), ASEL-SAN, TÜBİTAK ve Türkiye Bilimler Akademisi (TÜBA) gibi seçkin kurumlar tarafından desteklenmektedir. Uluslararası düzeyde ise, Intel, IBM ve Nokia gibi firmaların ileri araştırma gruplarıyla işbirliği içinde araştırma projeleri yürüt-ülmektedir. Avrupa Birliği projeleri kapsamında Avrupa’daki üniversitelerle yapılan işbirliklerine ek olarak, dünyanın önde gelen diğer üniversiteleriyle de or-tak çalışmalar yürütülmektedir. BiLCEM’de dünyanın en iyisi olarak geliştirilen kabiliyetler, gerek ulusal savunma sanayiine, gerekse sivil elektronik en-düstrisine yönelik araştırma projelerinde kullanılabilmektedir. Örneğin, uzaktan algılama, radarlar, antenler, uydu teknolojileri, nanoteknoloji, paralel süperbilgisayarlar gibi alanlarda yürütülen çalışmalar hem savun-ma amaçlarına, hem de sivil amaçlara hizmet etmektedir. SSM ve ASEL-SAN tarafından desteklenen projelerde have, deniz ve kara hedefle-rin uzaktan algılanması, radar izlerinin çıkarılması, yüksek çözünürlüklü görüntülerinin elde edilmesi çalışmaları yürütülürken, TÜBİTAK ve TÜBA tarafından desteklenen projelerde lazer ve optik görüntüleme sistemleri-nin modellenmesi, nanoteknoloji ürünü metamalzemelerin tasarımı ve ana-lizi gerçekleştirilmektedir. Bunlara ek olarak, BiLCEM’de geliştirilen kabili-yetler gerçek yaşamda önem taşıyan pek çok başka projede de kullanılabilir. Örneğin, uydu üstünden uzaktan algılama ve optik görüntüleme sistemleri için geliştirilen modelleme kabiliyetleri, bambaşka bir konu gibi gözükmesine rağmen, benzer elektromanyetik prensiplerle çalışan mikrodalgalarla tıbbi görüntül-üme sistemlerinin geliştirilmesi için de kullanılabilir. Bu sayede, BiLCEM’de yürütülmüş olan toprak altına saklı mayınların tespiti projesine benzer şekilde, tıbbi görüntüleme alanında da deri altında bulunan tümörlerin yüksek çözünür-lüklü görüntülerinin elde edilmesi projesi gerçekleştirilebilir. Böylece, bazı du-rumlarda biyopsi yapmaya gerek kalmadan tanı konabilmesi mümkün olacaktır.

Bir matrisin her elemanını 1 cm² içine sığdırabilseydik, (2050 km)x(2050 km) boyutlarındaki matrisin alanı Türkiye yüzölçümünün beş katından fazla olurdu.

Çok büyük elektromanyetik problemlerin çözümleri için BiLCEM’de kurulan 64 ve 128 çekirdekli bilgisayarlar.