江门广角镜(湾区神“算”子妙“计”助创新)

Posted 2023-05-31

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江门广角镜(湾区神“算”子妙“计”助创新)

天河二号广州日报全媒体记者苏俊杰摄

国家超级计算机广州中心。（图片来源：该中心）

深圳超算中心监控中心广州日报全媒体记者轩慧摄

国家超级计算机深圳中心主任、研究员、博士生导师冯圣中

乐正，科聚湾区研究院首席专家，《粤港澳大湾区新一代人工智能发展蓝皮书(2018)》主执笔人之一

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统筹：王纳

文/广州日报全媒体记者王纳、童丹、阮元元

习近平总书记在庆祝改革开放四十周年大会上的讲话中提到，“我们要坚持创新是第一动力、人才是第一资源的理念，实施创新驱动发展战略，完善国家创新体系，加快关键核心技术自主创新，为经济社会发展打造新引擎。”

打造国际科技创新中心，正是粤港澳大湾区的核心目标之一。而创新并不是无本之木，需要有重大基础设施的支撑。目前我国共建成6座超算中心，其中2座在粤港澳大湾区。美国、日本、欧洲国家都在努力抢占E级超算的先机，我国也在十三五规划中支持了三台E级超算原型系统，目前正在争取将其中一台部署在粤港澳大湾区，其运算能力将是如今世界最强超级计算机的5倍以上。

近日，广州日报全媒体记者走进了国家超级计算机广州中心（文内简称广州超算中心）和深圳中心（文内简称深圳超算中心），这两家超算中心就像双头巨龙的两个头颅，用高性能的计算支撑着大湾区的基础研究和科技创新。

今天，粤港澳大湾区作为国家科技创新的标杆，拥有一大批国际领先、国内顶级的科研、教育、产业机构，高性能计算需求巨大，迫切需要超级算力的提高。预计到2020年，E级超级计算机就可以为创新型粤港澳大湾区提质增速提供强劲动力。

E级超算是指每秒可进行百亿亿次数学运算的超级计算机，被全世界公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”。

超级计算机推动AI发展

最前沿研究的超级大脑

当然，在最前沿的科学研究里，更少不了这些超级计算机的使用。近日，超算用户——中山大学物理学院姚道新教授研究组利用广州超算中心的“天河二号”在量子多体系统的量子相变研究中取得重要进展，其应用成果成功发表在国际著名物理刊物Physical Review Letters。

量子关联体系是目前物理学科的重要科学前沿，对发现新物态、物性调控、基本统计规律的研究具有重要意义，计算物理在其中扮演了举足轻重的作用。随着问题规模的指数级增长，其数值解也会相应地发生指数爆炸，普通计算机无法完成高难度的模拟计算，这就需要超级计算机来完成。

中山大学物理学院、光电材料与国家重点实验室的姚道新教授研究组与合作者深入研究了二维二聚化量子自旋系统，通过理论分析和高精度的量子蒙特卡洛方法，结合“天河二号”超级计算机上的大规模数据计算，发现在交错状二聚化量子海森堡模型中，相变临界指数具有新奇的非单调尺寸标度行为。他们通过在有限尺寸标度理论中引入两个驱动场，同时进行大尺寸的计算分析，成功地解释了非单调的量子蒙特卡洛结果，从根源上指出二维二聚化量子自旋系统的相变仍然属于O（3）普适类，适用于量子-经典对应理论。

记者从广州超算中心了解到，“天河二号”强大的计算能力和超算中心着力搭建的简单易用的服务平台，加速了姚道新教授研究组在关联电子体系和量子多体物理等方面的研究进展。

超级计算机走近日常生活

目前，人工智能的应用正在粤港澳大湾区城市里遍地开花结果，大湾区也出台相关政策，支持人工智能产业发展，近期公布的《广东省新一代人工智能发展规划（2018-2030）》将广州、深圳、珠海确立为人工智能产业的核心区。人工智能由运算能力、算法和数据三部分构成。如果把人工智能比喻成一锅香喷喷的米饭，算力是火、数据是米、算法是煮饭的巧妇，而人工智能从出现到今天，算法上的突破并不多，算力却是百万倍的增长。因此，算力是人工智能能否在粤港澳大湾区结出硕果的基础之一，顶级的计算能力得依靠超级计算机。

说起超级计算机，也许我们很多人会觉得这是一个很高端前沿的领域，离我们的生活很远。其实，随着今天云计算、大数据、人工智能的应用场景越来越多，超级计算机正在服务着我们普罗大众的生活。

气象预警的高、精、快，是深圳市民可享受到这个“超级大脑”带来的最直观的民生红利之一。今年9月16日，超强台风“山竹”来袭，深圳在台风面前零伤亡，功劳簿上有超级计算机名字。

早在2010年，深圳超算中心协助深圳气象部门开展气象预报工作，深圳市气象局利用中心配置的6528核CPU资源开展气象预报，确保了计算效率和优先权。

为什么更精确高效的气象预报需要超级计算机？因为气象需要实时处理、存储、查询、分析和统计海量气象数据。大规模与高精度的大气数值模式计算，必须依靠大型的高性能计算机。

目前，深圳气象部门陆续推出区域天气预报、台风预警路径预报、地质灾害及积涝预警等创新服务，利用科技手段满足市民对于气象服务高节奏、高频率、高定向的需求。利用强大的运算能力使数值天气预报的时空分辨率及更新频率大大提升，模式运行效率由6小时加密到3小时，空间分辨率也将由4公里逐步加密到1公里左右。跟以前相比得到成百倍的提升。

文化创意是深圳重点产业，《熊出没》这一系列大电影背后也有超级计算机的支持,主要是解决动漫电影中所遇到的大批特效制作、高端3D出图等海量数据处理工作。比如《熊出没之夺宝熊兵》，影片采用与好莱坞顶尖卡通电影公司同量级的先进3D制作技术，面对计算压力大和临近档期双重压力，超级计算机强大的并行计算能力与海量存储优势，保证了后期复杂的、高分辨率真实感的渲染得以完成，该影片取得2.49亿元的票房收入，创造了国产3D动画电影的最高纪录。

其他以超级计算为基础的云平台，也在影响着我们的生活。比如公安云已经在为每一位市民保驾护航，健康云正在努力削平医疗资源和服务的不均衡，教育云将让中学生来揭示AI的奥秘。

揭秘超算中心

“天河”“曙光”闪耀大湾区

广州超算中心位于广州大学城中山大学内。国家超级计算机广州中心业务主机——“天河二号”超级计算机系统是国家十二五863计划重大项目的标志性成果，由国防科学技术大学研制，广东省和广州市提供了研制经费和配套支持。

“天河二号”一期系统峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次、能效比每瓦特秒19亿次双精度浮点运算。“天河二号”峰值计算速度、持续计算速度以及综合技术水平处于国际领先地位，是我国超级计算技术发展取得的重大进展。

“天河二号”应用领域广泛，包括大气海洋环境、工业设计制造、生物医疗健康、天文地球物理、新能源新材料、智慧城市云计算等。2013年至2015年，“天河二号”在超级计算机500强排行榜上连续六次排名世界第一，成为第一台连续六次夺冠的超级计算机，打破超算领域的世界纪录。2018年最新一期全球超级计算机500强榜单11月12日发布，“天河二号”位列全球第四。

据悉，广州超算中心平均每天完成作业数超过3万个，系统利用率峰值高达85.8%，平均利用率达72%，新增的GPU集群资源通过“星光容器云”方式上线后，已经成为深度学习的利器。

深圳超算中心位于深圳西丽大学城内，中心配备曙光超级计算机系统、近千台四路机架式服务器、GPU服务器和超过20PB的存储。该超算中心2009年获批建立，计算机系统实测持续运算速度为1271万亿次/秒，2010年5月排名世界第二。目前，超算中心拥有的商业软件种类与数量繁多，现已成为国内计算资源利用率最高的超算中心。

深圳超算中心创造性地将超算资源应用于云计算服务，创新开发了“政务云”“公安局居住证”等多个项目，让超算计算资源与云计算相结合，提供强大的云计算服务能力。目前深圳超算中心的机构用户超过2万家，个人用户超过1200万人。

探秘“超级大脑”机房

近日，广州日报全媒体记者走进深圳超算中心，揭开了深圳市政府投资最大的国家级重大科技基础设施——国产“曙光6000”超级计算机系统的神秘面纱。

经过严格的身份检查，佩戴好来访人员证，记者跟随超算中心工作人员的脚步，来到了深圳超算中心的核心——二楼机房。机房外的走廊有一整面荣誉墙，与机房一墙之隔，系统运行监控室的多排屏幕在安静闪烁，工作人员正专注而严密地监护着“超级大脑”的日常协同运行。

穿过第一道自动玻璃安检门，再穿过第二道机房门，记者终于走进超算中心的“心脏”——机房，见到了曙光超级计算机的真容。只见9排机柜身披“黑色铁甲”整齐站立，机身内部正发出高速运转产生的轰鸣声，让人心生敬畏。超算中心冯主任打开一个柜门，记者看到，在这些“铁甲战士”的“身体”内部布满高密度刀片主板，这就是高性能计算能力的核心——主机系统，经世界超算组织实测持续运算速度为每秒1271万亿次，曾排名世界第二。

据介绍，深圳超算中心超级计算机系统主刀片区总共有144机柜/5520个刀片服务器，双精度浮点处理性能超过每秒2400万亿次，虽然整个超算机房在高速运转，但记者丝毫感觉不到机箱高速运转产生的燥热。原来，在主板机身左侧另有乾坤——机身冷却系统。记者伸手一探，触手冰凉。“冰火交织”的恒温控制，让超算机身在最佳温度下完成高性能计算和储存等重任。

大湾区超算未来

大湾区争取部署E级计算机

广州日报全媒体记者在采访中了解到，十三五期间，深圳计划投资40亿元，打造E级超级计算机。这种E级超级计算机将使深圳超算中心的计算能力提升1000倍，每秒可进行百亿亿次数学运算。E级计算机的运算能力将是如今世界最强超级计算机的5倍以上。

目前，深圳市政府已于2018年3月向国家科技部和省政府发文申请E级计算机落户深圳。为落实E级计算机落户深圳，深圳超算已召开E级计算机需求专家研讨会和选型专家论证会，并已获得项目选址意见书。

深圳超算中心主任冯圣中研究员告诉记者，深圳超算中心成立已经10年，运算能力跟世界顶尖水平有差距。到了2020年，E级计算机将会在深圳超算部署到位，到时中心计算能力将提升1000倍。E级计算机将成为粤港澳大湾区重要的大型科学装置，为大湾区基础科学研究、云计算、大数据和人工智能产业提供强有力支持，同时也为大湾区的科技创新提供有力支撑。

虽然E级超级计算机原型机已经研制成功，但E级系统的研发仍面临诸多挑战，如处理器、网络架构、软件体系与算法等。未来E级机应用范围除了传统HPC（高性能计算机群）外，重点还包括大数据、人工智能等新兴需求，这些新的应用的需求是超级计算机发展的原动力。因此，冯圣中认为，建设E级超级计算机固然重要，但更重要的是如何提升超级计算机应用创新，目前E级应用算法与软件面临很大的挑战，包括算法的扩展性、软件的可靠性以及应用的科学价值等，业界还要加大超级计算机技术应用研究力度。

打造“粤港澳超算资源共享圈”

广州日报全媒体记者从采访中了解到，国家超级计算机广州中心围绕“天河二号”超级计算机，为粤港澳大湾区的发展建设提供了坚实的计算支撑与强劲的创新引擎，助力大湾区城市群的信息化和智能化发展。

“香港科研界使用广州超算资源已十分便捷。”广州超算中心南沙分中心负责人向记者表示。截至今年9月中旬，已有数百个港澳地区及海外科研团队利用南沙分中心进行科研运算，研究领域涵盖金融计算、生物医药、新材料、工程设计与仿真分析、气候模拟与海洋环境等。

今年7月9日成立了粤港澳超算联盟，该联盟由中山大学与香港科技大学、香港大学、香港中文大学、香港理工大学、澳门大学、华南理工大学、暨南大学、广东工业大学共九家高校共同发起成立，旨在更好地发挥“天河二号”超级计算机的创新驱动作用，汇集粤港澳超算应用机构，带动创新超算应用发展，培养高水平超算软件开发与应用人才，推动三地共同助力粤港澳大湾区科技创新中心的建设，深化三地的超算应用交流和合作研究，提升区域合作层次和水平、协同创新，携手打造“粤港澳超算资源共享圈”。

湾区广角

超算助技术创新腾飞

国家超级计算机深圳中心主任、研究员、博士生导师冯圣中

创新是我们成为世界强国的必由之路。科技革命是产业革命的先导，产业革命又是成为强国的一个契机。我把创新分为四个阶段：知识创新、技术创新、产品创新、商业模式创新。技术创新是创新四个环节中最重要，也是我国最薄弱的环节。而超级计算的最大作用是支持技术创新，超级计算是技术创新腾飞的超级翅膀。

超算在实现技术创新方面可以做什么事情？

我们以前上学的时候，学习的哲学书告诉我们，认识世界和改造世界有两个方式，分别是理论和实践，现在要加上计算、大数据。大数据底层支撑也是计算。今天人工智能的应用取得了很好的成果，这要多亏了算力的支撑。因此，现在我们可以说，认识和改造世界的方式有三种：实践、理论与计算。

我把超算的作用概括为这几个词：发现、模拟、验证、取巧、求道。发现，是指发现科学知识、发现规律，通过计算去发现。模拟，比如航母、汽车的模拟，在产品制造出来之前，先对设计进行模拟，看看还可以如何优化。验证，比如药物筛选，要做大量的计算，找出候选的分子，再去做实验。取巧，人工智能可以赋能一切工作，让机器做一些重复性的工作，或者做得更巧一些。大数据处理的工作就是求道，找到一些规律性的东西。这些工作概括起来就是知识发现和技术创新。

超级计算机发展有几代了，超算的应用领域已经越来越广，从早期的科学计算到现在的新型应用。生物信息学、基因测试、大数据、人工智能的处理都是它的应用领域。概括来讲，超算涉及的领域在不断扩展、应用在不断深化。

今天我们讲粤港澳大湾区，我们都知道，香港的科教资源非常知名，在国际上非常有竞争力，而广东的产业基础在全国是排在前列的，能不能把这些产业凝聚在一起呢？超算就能起到凝聚的作用。它可以带动产业的发展、电子信息产业发展以及其他创新型企业的产业、其他知识型产业的发展，从而满足城市化发展的需求。

所以，创新驱动发展是中国发展的必然选择，超级计算是支持技术创新腾飞的超级翅膀。

科学合理布局

国家级重大科技基础设施

乐正，科聚湾区研究院首席专家，《粤港澳大湾区新一代人工智能发展蓝皮书(2018)》主执笔人之一

重大科技基础设施是为探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革提供极限研究手段的大型复杂科学研究系统，是突破科学前沿、解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的物质技术基础。旧金山、纽约、东京、北京、上海等创新中心的重大科技基础设施都被纳入了国家创新体系，并予以重点布局。

近年来，粤港澳大湾区科技基础设施建设有所突破，大科学工程体系逐步健全，中国（东莞）散裂中子源、中微子实验室（江门）、加速器驱动嬗变系统研究装置（惠州）、强流重离子加速器装置（惠州）等重大基础设施将陆续投入使用。但与三大湾区和北京、上海等地区相比，粤港澳大湾区重大科技基础设施密度和系统性还有待加强。

着眼国际科技竞争需要，粤港澳大湾区还需要聚焦更前沿科技创新工作，建议在现有大装置的基础上，科学合理布局若干国家级重大科技基础设施，夯实粤港澳大湾区科技创新的物质技术基础支撑。

【摘自《粤港澳大湾区新一代人工智能发展蓝皮书(2018)》】

江门广角镜(湾区神“算”子 妙“计”助创新)

江门广角镜(湾区神“算”子 妙“计”助创新)

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江门广角镜(湾区神“算”子妙“计”助创新)