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“算”出強(qiáng)大科創(chuàng)力——之江實(shí)驗(yàn)室探訪記

2023-04-20 16:36:03 來(lái)源：經(jīng)濟(jì)參考報(bào)

在杭州城西科創(chuàng)大走廊核心地帶，走進(jìn)之江實(shí)驗(yàn)室計(jì)算與數(shù)據(jù)中心，一臺(tái)臺(tái)黑色機(jī)柜列隊(duì)排開(kāi)，一盞盞指示燈不停閃爍，“之江天目”異構(gòu)智能計(jì)算機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

一秒鐘可進(jìn)行百億億次運(yùn)算，這里是目前國(guó)內(nèi)同類新型研發(fā)機(jī)構(gòu)中規(guī)模最大、等級(jí)最高的算力中心之一，也是中國(guó)智能計(jì)算快速發(fā)展的縮影。

【資料圖】

智能計(jì)算機(jī)有什么“超能力”？為科研和生產(chǎn)帶來(lái)了什么？記者近日與“算力中國(guó)行”調(diào)研團(tuán)一起來(lái)到之江實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)地探訪。

創(chuàng)新突破背后的“超能力”

今年3月，之江實(shí)驗(yàn)室深度參與的“FAST精細(xì)刻畫(huà)活躍重復(fù)快速射電暴”入選“2022年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”，并位列第2位。實(shí)際上，這一天文觀測(cè)的重大成果很大程度是“算”出來(lái)的。

“‘中國(guó)天眼’FAST夜以繼日地巡視著浩瀚宇宙，每天能產(chǎn)生高達(dá)250TB的數(shù)據(jù)，可以裝滿250臺(tái)個(gè)人電腦。”之江實(shí)驗(yàn)室智能計(jì)算平臺(tái)研究中心高級(jí)工程專家陳華曦給出一個(gè)形象的比喻：快速射電暴探測(cè)，好比要在FAST觀測(cè)數(shù)據(jù)“大海”中，撈取出快速射電暴信號(hào)這根“針”，高性能智能計(jì)算是重要支撐。

陳華曦說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)智能計(jì)算數(shù)字反應(yīng)堆大科學(xué)裝置，研究設(shè)計(jì)科學(xué)智能算法，數(shù)字反應(yīng)堆每秒可進(jìn)行百億億次運(yùn)算，可以規(guī)模化探測(cè)快速射電暴等天體輻射現(xiàn)象。

這相當(dāng)于將人工不可能完成的計(jì)算工作量壓縮到了兩三個(gè)小時(shí)。高效的計(jì)算處理手段也讓FAST成為世界上發(fā)現(xiàn)快速射電暴脈沖最多的望遠(yuǎn)鏡。

“射電天文數(shù)據(jù)量大、復(fù)雜度高，高性能智能計(jì)算是天文數(shù)據(jù)處理中持續(xù)的核心需求和前沿限制瓶頸。將智能計(jì)算技術(shù)引入天文領(lǐng)域，讓天文學(xué)者看到了解決天文數(shù)據(jù)處理難題的曙光。”FAST首席科學(xué)家李菂說(shuō)。

不僅計(jì)算天文。借力智能計(jì)算與人工智能技術(shù)，高性能計(jì)算正在賦能多領(lǐng)域的科研創(chuàng)新：在水稻4萬(wàn)多個(gè)基因中破解其基因密碼，推動(dòng)作物育種從“試驗(yàn)選優(yōu)”向“計(jì)算選優(yōu)”；智能計(jì)算制藥開(kāi)放平臺(tái)依托數(shù)字反應(yīng)堆的強(qiáng)大算力，搭建基于智能計(jì)算的高通量虛擬篩選工作流，快速分析分子與蛋白之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)能夠有效干預(yù)疾病發(fā)生的潛在藥物分子……

目前在之江實(shí)驗(yàn)室，每天要完成超過(guò)200余項(xiàng)計(jì)算研發(fā)任務(wù)，科學(xué)研究的變革正在進(jìn)行。

“智能計(jì)算為基礎(chǔ)研究帶來(lái)了新工具和新范式。”之江實(shí)驗(yàn)室主任、浙江大學(xué)黨委副書(shū)記，智能計(jì)算數(shù)字反應(yīng)堆總設(shè)計(jì)師朱世強(qiáng)說(shuō)，科研人員未必預(yù)料得到的創(chuàng)新突破，未來(lái)也許就會(huì)在智能計(jì)算與各領(lǐng)域的融合創(chuàng)新中涌現(xiàn)出來(lái)。

讓算力更“聰明”“好用”

光是“能算”還不夠，還要讓科學(xué)計(jì)算更“聰明”、更“好用”。

之江實(shí)驗(yàn)室智能計(jì)算軟件研究中心主任潘愛(ài)民告訴記者，算力資源天然存在的異構(gòu)性，以不同技術(shù)實(shí)現(xiàn)的計(jì)算能力，往往出自不同的系統(tǒng)架構(gòu)或指令集，在實(shí)踐中算力的異構(gòu)和軟件不兼容是普遍存在的，這不僅提高了算力使用的門檻，也使得算力利用率往往難以得到有效提高。

“一個(gè)規(guī)模較大的數(shù)據(jù)中心每天要面臨大量復(fù)雜的計(jì)算需求，這就需要根據(jù)不同的任務(wù)所需，以最佳方式利用既有計(jì)算資源和最恰當(dāng)?shù)挠?jì)算方法，解決實(shí)際問(wèn)題。”潘愛(ài)民說(shuō)。

2022年，之江實(shí)驗(yàn)室推出了“之江瑤光”智能計(jì)算操作系統(tǒng)，各種異構(gòu)算力資源形成了一個(gè)龐大的“算力池”，可同時(shí)供大量科研項(xiàng)目共享使用，既做到“牽線搭橋”，又可以“運(yùn)籌帷幄”。

所謂“牽線搭橋”，是用戶和算力之間，通過(guò)一個(gè)“資源連接器”，聚合高性能計(jì)算、智能超算等不同類型算力資源，將算力調(diào)度的損耗降到低于10%。

所謂“運(yùn)籌帷幄”，是按策略對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編排調(diào)度，把數(shù)據(jù)高效傳達(dá)到計(jì)算集群和節(jié)點(diǎn)，讓每臺(tái)計(jì)算機(jī)物盡其用，協(xié)同整合算力可達(dá)10EFlops（每秒1000億億次浮點(diǎn)運(yùn)算）。

目前，之江瑤光的算力服務(wù)能力已經(jīng)在材料、基因、制藥、天文、育種等科學(xué)研究領(lǐng)域落地應(yīng)用。“按照現(xiàn)在的敏捷迭代開(kāi)發(fā)模式，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)變得越來(lái)越高效，也越來(lái)越智能。”潘愛(ài)民說(shuō)。

智能計(jì)算賦能百業(yè)發(fā)展

今年以來(lái)，之江實(shí)驗(yàn)室算力利用率增長(zhǎng)了近50%。作為科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展的重要依托，算力高速運(yùn)轉(zhuǎn)背后是產(chǎn)業(yè)的智能升級(jí)。

在之江實(shí)驗(yàn)室的園區(qū)，工作人員在手機(jī)APP上簡(jiǎn)單操作，就可以為入園的客人“下單”無(wú)人接駁車。一臺(tái)無(wú)人車配備近20個(gè)傳感器設(shè)備，依靠數(shù)據(jù)與算法，無(wú)人車可以做到360度無(wú)盲區(qū)的感知，并在復(fù)雜天氣和環(huán)境條件下檢測(cè)到障礙物。

智能計(jì)算在賦能智慧醫(yī)療領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大潛力。在之江實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的多中心智能醫(yī)學(xué)信息平臺(tái)上，杭州、南京、合肥3個(gè)城市的多家大型三甲醫(yī)院之間，在確保原始數(shù)據(jù)不離開(kāi)醫(yī)院的前提下，可以實(shí)現(xiàn)臨床數(shù)據(jù)的協(xié)同分析。依靠隱私計(jì)算、人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“數(shù)據(jù)不出門，算法多跑路”。

“智能計(jì)算無(wú)處不在，無(wú)感的計(jì)算已滲透于各行各業(yè)，深刻影響并改變著我們的工作、學(xué)習(xí)和生活。”朱世強(qiáng)說(shuō)，比如，智慧城市中的“天眼”系統(tǒng)、智慧工業(yè)領(lǐng)域的智能工廠場(chǎng)景，背后都有無(wú)感計(jì)算的加持。生活場(chǎng)景中，老百姓每天都會(huì)看的天氣預(yù)報(bào)，以及正在落地的自動(dòng)駕駛，離不開(kāi)超級(jí)計(jì)算、融合計(jì)算等的支撐。

如今，計(jì)算產(chǎn)業(yè)正呈現(xiàn)出智能化、泛在化、大眾化的發(fā)展趨勢(shì)，計(jì)算越來(lái)越無(wú)感，使用越來(lái)越便捷，產(chǎn)業(yè)空間正飛速增長(zhǎng)。根據(jù)《智能計(jì)算中心創(chuàng)新發(fā)展指南》顯示，目前全國(guó)超過(guò)30個(gè)城市在建或籌建智算中心。預(yù)計(jì)未來(lái)5年我國(guó)智能算力規(guī)模的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)52.3%。

“未來(lái)，智能計(jì)算將會(huì)有更加強(qiáng)大的穿透力和更加巨大的產(chǎn)業(yè)空間。”朱世強(qiáng)說(shuō)，之江實(shí)驗(yàn)室將加快建設(shè)智能計(jì)算數(shù)字反應(yīng)堆科學(xué)裝置，不斷拓展重大應(yīng)用領(lǐng)域，成為眾多行業(yè)攻堅(jiān)克難的得力工具，服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略、數(shù)字經(jīng)濟(jì)和社會(huì)民生，加速社會(huì)進(jìn)入智慧時(shí)代。

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