ד"ר מוטי מדינה מפתח את המעבדים של העתיד

אחד הגיבורים המרכזיים (ויש שיאמרו: הנבל המרכזי) של הסרט "2001: אודיסיאה בחלל" הוא HAL 9000 , מחשב על בעל בינה מלאכותית, חסין משגיאות או תקלות, המכונה ע"י האסטרונאוטים בשם האל. האל הוא המודל של ד"ר מוטי מדינה כשהוא מנסה להגיע לגביע הקדוש של תחום החומרה – מעבד חף משגיאות. "החיבור בין אבסטרקציות של בעיות, אלגוריתמיקה וחומרה הוא החיבור שיסייע לנו לייצר את המעבדים ואת מערכות החומרה של הדורות הבאים, ואנחנו חיים בעולם הזה כבר עכשיו", הוא אומר. "בתעשייה, אפשר לראות את זה בחברות כמו Nvidia, שמשלבות על גבי שבבים מרובי ליבות אלגוריתמיקה של חישוב מקבילי או מבוזר ואלגוריתמיקה של סינכרון, שגורמת לעסק הזה לעבוד כמו תזמורת טובה. לכן – אלגוריתמיקה וחומרה הם שני נושאים שמבחינתי חד הם".

לכל הפרויקטים שהוא עובד עליהם במעבדה שלו, המעבדה לאלגוריתמיקה וחומרה, חוט המקשר בין העולמות. "בשלב הראשון אנחנו לוקחים בעיה בתחום החומרה, חישוב הענן או החישוב המבוזר, עושים לה אבסטרקציה כדי להתמקד בליבת הבעיה, ומתרגמים אותה לבעיה נקייה תיאורטית. בשלב השני, אנחנו מנסים לפתור את הבעיה הזאת בצורה תיאורטית – אבל לא שוכחים לרגע שאנחנו רוצים לפתור בעיה אמיתית, לא משהו שנשאר על הנייר. ובשלב השלישי אנחנו משליכים את התוצאות שלנו על הפרקטיקה", הוא אומר. "אנחנו קבוצה תיאורטית, ולרוב לא מגיעים לפרוף אוף קונספט אמיתי, אבל אנחנו כן מבצעים סימולציות, לעתים ברמות פירוט גבוהות, המדגימות שאכן התאוריה ״עובדת".

הגבול שבין תיאוריה לפרקטיקה

כמי שחי על הגבול שבין התיאוריה לפרקטיקה – לא מפתיע שגם את דרכו האקדמית החל ד"ר מדינה בשני העולמות, ועשה תואר ראשון כפול בהנדסת חשמל ובמדעי המחשב, "כי לא הייתה תוכנית להנדסת מחשבים". הוא המשיך לתואר שני ושלישי באוניברסיטת תל-אביב, שם פיתח את החיבה לתחום של תכנון וניתוח אלגוריתמים למערכות גדולות. "אני אוהב את העובדה שהתחום הזה  מאוד דינמי ומתפתח, ואת העובדה שאם אתה מזקק את הבעיות העמוקות כמו שצריך, מבין אותן כמו שצריך – אז תוכל לפתור אותן הכי טוב שאפשר, ותראה פתאום במערכת תראה שיפורים עצומים", הוא אומר.

עם סיום הדוקטורט יצא לפוסט דוקטורט של שנה בפריז, במכון המחקר LIAFA ( Laboratory of Algorithmic Computing: Foundations and Applications. היום נקרא המכון IRIF). משם המשיך למכון מקס פלאנק בגרמניה, ועבד שנתיים בקבוצת מחקר של אלגוריתמים וסיבוכיות. כשחזר לארץ, החל לעבוד באונ' בן-גוריון. ב-2021 עבר לפקולטה להנדסה של בר-אילן. " אני חושב שהתוכנית להנדסת מחשבים היא אחת המובילות בארץ מבחינת האיזון בין תיאוריה לפרקטיקה". לצד עבודתו המחקרית, הוא מלמד שלושה קורסים: "מערכות לוגיות ספריות", קורס חובה בתואר ראשון, אותו הוא מלמד לצד ד"ר אופיר ובר; "תכנון חומרה בגישה אלגוריתמית" – קורס מתקדם בו הוא מלמד פרקים נבחרים מספר שהוציא ב-2012, "Digital Logic Design: A Rigorous Approach" . "אלו היסודות של איך לגשת לעולם המעגלים בצורה יותר ריגורוזית-מתמטית-אלגוריתמית", הוא מסביר. הקורס השלישי, "חומרה מכילה מטסטביליות", מתבסס על כלים מהקורס הקודם, ועוסק בניתוח ותכנון מעגלים עמידים לשגיאות.

"זו אמנות נפלאה"

העבודה המחקרית במעבדה לאלגוריתמיקה וחומרה נעה גם היא בין התיאורטי ליישומי. "יש לי סטודנטים שעושים מחקר תיאורטי בסיבוכיות של מעגלים עמידים; יש לי עבודות שבהן אני לוקח את התובנות האלה של סיבוכיות מעגלית ומנסה להעלות אותן לרמה של חישובים כלליים, מתוך מטרה לבנות מעבד חף משגיאות; יש לי סטודנטים שמנסים לבדוק תופעות של הסתנכרנות על גבי שבבים; ובעבודות קודמות שלי הראינו איך לגרום לשבב לייצר אשליה של שעון מדויק שיש בכל נקודה על השבב, בטכניקות לא סטנדרטיות", הוא מספר. "כל הדברים האלה, הם כמו הרבה פרקים בסיפור אחד גדול, של רצון לייצר מערכות חומרה, ומערכות גדולות בכלל, שיש להן ערובה מוכחת לביצועים. זו אמנות נפלאה, הרגע הזה שבו אתה מוכיח שמשהו אכן עובד".

בשנים האחרונות זכה ד"ר מדינה בשני מענקי ISF, על עבודתו המחקרית. במקביל הוא עובד, עם קבוצה של חוקרים נוספים, על ספר בתחום החומרה העמידה, והחיבור שלה למערכות עמידות. "את החבורה הזו הכרתי בפוסט, לימדנו יחד קורסים וירטואליים בתקופת הקורונה, והחלטנו לכתוב ביחד ספר שילך מהתיאוריה לפרקטיקה בנושאי האלגוריתמיקה המבוזרת המורכבת, שאפשר להפוך למערכות חומרה. הרעיון הוא שכל פרק יציע לא רק פתרון תיאורטי – אלא ממש הצעות איך לבנות את המערכות האלה באמת, ואולי אפילו תרגילים שיעזרו לקורא להבין איך אפשר לממש אותן". בנוסף, הוא עובד בחודשים האחרונים בשיתוף פעולה עם פרופ' איתמר לוי ממעבדות Enics, ובוחן שיתופי פעולה נוספים בתחומי החומרה ופיתוח השבבים. "אין ספק שבפקולטה הזאת יש הרבה הזדמנויות לקחת את התיאוריה ולהפוך אותה לפרקטיקה".

ויש יתרון נוסף לעבודה על קו התפר שבין התיאוריה לפרקטיקה: הצוותים בהם עבד, שתמיד הכילו לדבריו ספקטרום מופלא של אנשים. "הסטודנטים שמגיעים אלי מגיעים עם מחויבות, עם מוטיבציה לעשות מחקר, עם אש פנימית שהיא הכרחית בעיני למי שרוצה לתדלק את התהליך הזה שנקרא תואר מתקדם" הוא אומר.  "בעיני הנחיית סטודנטים, מחקר טוב והוראה טובה מזינים זה את זה, ויש ביניהם סינרגיה. כשאני מלמד בצורה מצוינת אני מבין בעצמי דברים יותר טוב, גם בקורסים הגדולים שלי, של מאות סטודנטים, גם בקורסים המתקדמים, בהם יש קבוצות קטנות יותר, וגם בפורמט הנחיה של אחד על אחד. וברגע שסטודנט שלי מסיים את המסלול - זה סיפוק אדיר. כשהייתי בגרמניה, פגשתי בחור שהנחיתי אותו בתואר הראשון. אחרי שעזבתי הוא המשיך לתואר שני ושלישי, בגרמניה, והמשכתי לעבוד איתו מרחוק כמנחה לא רשמי. ואז הוא הגיע לפה לעשות פוסט-דוק. ליוויתי אותו תקופה של עשר שנים, מרגע שהוא נכנס למשרד שלי בפעם הראשונה ועד השיחה האחרונה, וזה היה תהליך מטורף, גם ברמה המחקרית וגם ברמה האישית, שלו ושלי".

נשמע מעניין? צרו קשר עם ד"ר מוטי מדינה.