“超強大腦”運轉(zhuǎn)起來(科技視點·用好用實高科技①)

本報記者 谷業(yè)凱

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革不斷推進,，新技術(shù)、新產(chǎn)品,、新產(chǎn)業(yè)持續(xù)涌現(xiàn),，成為“科技創(chuàng)造美好生活”的鮮活注腳。走出實驗室,，走上生產(chǎn)線,，走進生產(chǎn)生活,，高科技的誕生依托于巨大的研發(fā)投入，凝結(jié)著科技人員的巨大心血,。著名科學(xué)家王選院士曾說過,，高科技要“頂天立地”。只有實實在在應(yīng)用好,，才能真正有效發(fā)揮科技成果的支撐作用和科技創(chuàng)新的驅(qū)動效應(yīng),，才能進一步促進科技研發(fā)的進步和完善?？萍及娼谕瞥觥坝煤糜脤嵏呖萍肌毕盗袌蟮?，聚焦高科技應(yīng)用話題，敬請關(guān)注,。

——編 者

日前,，第六屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會上發(fā)布的《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報告2019》顯示，我國網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)自主創(chuàng)新能力不斷增強,，新一代百億億次(E級)超級計算機的原型機型研制完成,。國家“十三五”高性能計算專項課題3個E級超算的原型機系統(tǒng)——神威E級原型機、“天河三號”E級原型機和曙光E級原型機系統(tǒng)也已全部完成交付,。

超算,，即超級計算或高性能計算，是計算機界“皇冠上的明珠”,，也被視為科技突破的“發(fā)動機”,。隨著應(yīng)用的不斷開發(fā)與完善，超算服務(wù)著科學(xué)研究,、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方方面面,，成為解決人類難題的“超強大腦”。

超算在最尖端科研領(lǐng)域,、最前沿產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域取得一系列創(chuàng)新成果

“編號為臺風(fēng)胚胎96W的熱帶云團未來將緩慢向巴士海峽以東洋面靠近,，強度將略有加強，而臺風(fēng)胚胎97W則可能在大洋深處向著西北方向移動……”10月16日,，衛(wèi)星云圖上，一片片熱帶云團正在西太平洋上活躍,，超級計算機早已對臺風(fēng)胚胎有所覺察,，并在集合預(yù)報中對它們的動向給出了判斷,。

“氣象領(lǐng)域計算機系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用，提高了天氣氣候預(yù)報時效和為國家服務(wù)的水平,?！敝袊こ淘涸菏坷顫纱徽f，上世紀(jì)80年代,，我國建立首個中期(十天)數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng),，計算能力當(dāng)時就成為能否實行業(yè)務(wù)數(shù)值預(yù)報的關(guān)鍵，只有能力足夠大的計算機才能把業(yè)務(wù)方案中復(fù)雜的物理過程計算好,，才能在規(guī)定的時段內(nèi)計算出預(yù)報結(jié)果,。

從1983年我國第一臺每秒鐘運算一億次以上的“銀河一號”巨型計算機的研制成功，到曙光系列,、天河系列,、神威系列的相繼問世，我國成為世界上第三個具備研制高端計算機系統(tǒng)能力的國家,。超級計算機成為高端信息技術(shù)又一新的制高點,，對國家安全、經(jīng)濟和社會發(fā)展具有舉足輕重的意義,。

“超算技術(shù)不僅僅要放在實驗室里面做理論研究,，更重要的是與行業(yè)應(yīng)用、客戶需求相結(jié)合,，為經(jīng)濟社會發(fā)展帶來價值,。”聯(lián)想集團高級副總裁童夫堯說,。

完成500人規(guī)模的全基因組信息關(guān)聯(lián)性分析,，利用原有計算機需1年，利用“天河二號”只需3個小時,；研制一架大飛機,，過去需耗費2年時間做全機風(fēng)動試驗，利用超級計算機模擬仿真,，6天就能完成,；國家超級計算長沙中心的人工智能篩查機器人，3至5分鐘就能精確“問診”骨質(zhì)疏松癥,，準(zhǔn)確率超過90%……

目前,，我國先后在天津、長沙,、廣州等地建成6家國家級超算中心,，在最尖端的科研領(lǐng)域——如大氣變化模擬、生命科學(xué),、天體物理的研究中,，以及在最前沿的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域——如石油開采,、新藥研發(fā)、工業(yè)仿真計算等課題中,，取得了一系列創(chuàng)新成果,。“天河一號”超級計算機已應(yīng)用10年,，是世界上連續(xù)穩(wěn)定運行時間最長的超級計算機之一,，它每天服務(wù)8000多個科研計算任務(wù)，累計支持國家科技重大專項和研發(fā)計劃超過1600項,。新一代百億億次超級計算機“天河三號”原型機自2018年7月開放應(yīng)用以來,，目前已為30余家合作單位完成了大規(guī)模并行應(yīng)用測試。

“十三五”國家重點研發(fā)專項“高性能計算”總體專家組組長錢德沛認為,，超級計算機的發(fā)展根本動力來自于需求,。要研發(fā)一批關(guān)鍵的應(yīng)用軟件，建立具有世界一流資源能力和服務(wù)水平的國家高性能服務(wù)環(huán)境,，促進我國計算服務(wù)業(yè)發(fā)展,。

大數(shù)據(jù)時代，“融合計算”成為超算應(yīng)用的關(guān)鍵詞

隨著大數(shù)據(jù),、云計算和人工智能等新興技術(shù)的蓬勃發(fā)展,，“融合計算”成為超級計算應(yīng)用的關(guān)鍵詞。

“進入大數(shù)據(jù)時代,，對計算能力提出了非常高的要求,。”中國石油東方地球物理研究院數(shù)據(jù)中心總工程師賴能和介紹說,，石油勘探是超算應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一,，超算堪稱“找油”利器。地球物理勘探技術(shù)相當(dāng)于給地表“做CT”,，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量可達到千萬億字節(jié)(PB)級別,。為了提升勘探精度，必須使用超算技術(shù)來處理海量的數(shù)據(jù),。

“超算與物理勘探技術(shù)實現(xiàn)了相互促進,。如果沒有超級計算技術(shù)的話，物理勘探的很多算法無法實現(xiàn),，更談不上高精度勘探,、高精度成像?！辟嚹芎驼f,。

在汽車研發(fā)體系中，仿真計算扮演著關(guān)鍵角色，許多主流汽車廠商的整車研發(fā)過程大都通過超算仿真設(shè)計來完成,，有效縮短研發(fā)周期,，降低研發(fā)投入，提升產(chǎn)品的技術(shù)附加值,。基于“天河一號”與云計算等技術(shù)的融合,，國家超算天津中心構(gòu)建了一個集高性能計算與可視化分析處理于一體的汽車研發(fā)公共服務(wù)平臺,。在中國科學(xué)院計算所所長孫凝暉看來，超算未來也會以云計算的方式來提供服務(wù),、走向用戶,。基于人工智能的高性能計算應(yīng)用也呈加速態(tài)勢,。在電力領(lǐng)域,，仿真計算和人工智能識別技術(shù)相結(jié)合，就能更加準(zhǔn)確地模擬,、預(yù)知雨雪冰凍災(zāi)害對電網(wǎng)造成的破壞,。聯(lián)想研究院企業(yè)云和無線實驗室負責(zé)人黃瑩認為，傳統(tǒng)的高性能計算以高度的計算要求完成工作,，“新的計算”要求人工智能模型與高性能計算更好結(jié)合,。

與人工智能、大數(shù)據(jù)的融合發(fā)展,，也將促進下一代超算的演進,。“可以預(yù)見的是,，這些新技術(shù)也會對未來超級計算機的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,。”錢德沛說,。

從“制好”轉(zhuǎn)化為“用好”,，讓超算真正“中看又中用”

今年6月，國際超級計算大會發(fā)布了全球超算500強最新榜單,。中國境內(nèi)有219臺超算上榜,，上榜數(shù)量連續(xù)第四次位居第一；“神威·太湖之光”和“天河二號”繼續(xù)排在運算速度第三,、第四位,；聯(lián)想、浪潮和中科曙光3家中國企業(yè)分別以173臺,、71臺和63臺的數(shù)量位居全球超算制造商前三位,。

在運行應(yīng)用方面，我國不僅實現(xiàn)了30年來國際高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎“戈登貝爾”獎零的突破，而且連續(xù)有項目入圍該獎項,，逐步構(gòu)建起相對完善的應(yīng)用生態(tài),。在自主創(chuàng)新的支撐下，我國超算在應(yīng)用方面展現(xiàn)出一定的實力,。

不過,，還要看到，國內(nèi)超算的制造優(yōu)勢與應(yīng)用優(yōu)勢不相匹配,，“重技術(shù),、輕應(yīng)用，重硬件,、輕軟件”問題仍較為突出,，資源不足和資源利用不充分的現(xiàn)象同時存在。國內(nèi)科研機構(gòu),、企業(yè)不少重要應(yīng)用仍需采購國外昂貴的商業(yè)軟件,，一些大型企業(yè)研發(fā)的應(yīng)用軟件多數(shù)停留在自研自用層面，缺少產(chǎn)業(yè)化推廣,。如何扭轉(zhuǎn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用不夠的局面,，將“制好”優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為“用好”優(yōu)勢，是我國超算亟待解決的問題,。

“用,，不是簡單的用，而是要對機器性能,、功能,、使用方便性，包括需要什么樣的系統(tǒng)軟件,、應(yīng)用軟件等提出要求,，這些要求正是我們研制超級計算機的目的?！北本┖娇蘸教齑髮W(xué)教授,、聯(lián)想集團首席科學(xué)家祝明發(fā)指出，只有讓產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合,，才能有效帶動超算健康發(fā)展,。

如何讓中國超算做到真正“中看又中用”？

超算用得好,，首先要立足于自主創(chuàng)新,。“自主可控不是一個可選項,，而是唯一的出路,?！卞X德沛指出，“自主可控和開放合作并不矛盾,，我們只有自身強,，有過硬的技術(shù)，才有可能廣泛地開展合作,?！?/p>

超算用得好，要加強對應(yīng)用軟件研發(fā)的支持力度,。錢德沛說,，讓原本封閉使用的應(yīng)用軟件“走出去”，讓成千上萬的人用起來,，找到漏洞、進行改正,，效率會提升,，適配性、兼容性問題也會進一步解決,。

專家也指出,，超算應(yīng)用開發(fā)不足與配套人才較少直接相關(guān)，但目前培養(yǎng)高性能計算軟件人才的大學(xué)不多,。應(yīng)該立足行業(yè),，培養(yǎng)各類高性能應(yīng)用軟件的開發(fā)及應(yīng)用人才，特別是交叉型應(yīng)用人才,，積極拓展多種形式的學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界人才培養(yǎng)模式,，補齊軟件人才短板。