川觀新聞
2022年10月09日
川觀新聞?dòng)浾?唐澤文 吳聃
天府新區(qū)興隆湖東南角，一座藍(lán)色立方體建筑格外顯眼。建筑側(cè)面,，穿過(guò)一個(gè)不起眼的門(mén)洞,，就進(jìn)入這棟建筑的內(nèi)部。不起眼的“門(mén)洞”背后,，卻“藏”著天府最強(qiáng)“腦洞”——國(guó)家超算成都中心（以下簡(jiǎn)稱“超算中心”）就坐落于此,。一排排黑色服務(wù)器整齊安放，“最強(qiáng)大腦”在這里晝夜“轉(zhuǎn)動(dòng)”,。
提及超算中心時(shí),，往往會(huì)說(shuō)到這樣一組數(shù)據(jù)：算力排進(jìn)全球前十，最高運(yùn)算速度達(dá)10億億次/秒——每秒鐘計(jì)算量,，相當(dāng)于全球76億人每人每秒計(jì)算一次,，連續(xù)算上5個(gè)月。確實(shí)是最強(qiáng)“腦洞”了,。
但這種定量描述方式,，并不能直觀解答這個(gè)問(wèn)題：它到底能用來(lái)干啥？
“曾經(jīng)有人用水來(lái)比喻‘功夫’,，放在杯子里,，水就是杯子，倒進(jìn)茶壺中,，它就成了茶壺狀,。我覺(jué)得用這個(gè)比喻來(lái)描述超算中心，也恰當(dāng),?！?0月8日，超算中心運(yùn)行維護(hù)部部長(zhǎng)李佳佳介紹說(shuō),。
在不同使用者眼里,，超算中心有著不同的形態(tài)：有人說(shuō)，它像一雙明亮的“眼睛”，能讓大家有機(jī)會(huì)更清晰地仰望星空,；也有人說(shuō),，它是一片肥沃的“土壤”，能生長(zhǎng)出更有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的口糧……
巴蜀大地上,，這個(gè)天府最強(qiáng)“腦洞”,，正在上演一場(chǎng)“變形記”，未來(lái)也將有更多可能,。
超算中心是一雙更明亮的眼睛 透過(guò)這個(gè)“洞孔”,，能更清晰地探索“星辰大海”
成都理工大學(xué)行星科學(xué)中心辦公室里,，副教授周游的電腦顯示屏上,，兩個(gè)球體碰撞在一起。碰撞,、融合,、分裂……劇烈碰撞之后，再重新逐步形成兩個(gè)新的球體,。
“每次看到這個(gè)過(guò)程心中都很感嘆,，宇宙萬(wàn)物似乎都遵從著一些基本規(guī)律，從毀壞到重生,，先‘破’后‘立’,。”他說(shuō),。
而這個(gè)看似簡(jiǎn)單的過(guò)程卻并不簡(jiǎn)單——碰撞的過(guò)程,，由2000萬(wàn)個(gè)粒子模擬構(gòu)成。
這是超算中心通過(guò)其算力進(jìn)行的一場(chǎng)月球形成過(guò)程的數(shù)字化模擬,。
超算中心最高運(yùn)算速度達(dá)10億億次/秒——每秒鐘計(jì)算量,，相當(dāng)于全球76億人每人每秒計(jì)算一次，連續(xù)算上5個(gè)月,。超算中心供圖
業(yè)界對(duì)月球形成的一個(gè)主流說(shuō)法是：約46億年前,，一顆與火星大小類似的星體，與地球發(fā)生碰撞,，碰撞形成的大量熔巖碎片飄散在地球軌道之內(nèi),，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間聚集，逐步形成了我們看到的月亮,。
周游所研究的,，就是通過(guò)數(shù)字化手段去還原這個(gè)推斷。這并非易事,。早在2001年,，國(guó)外就有科研工作者對(duì)這個(gè)假說(shuō)進(jìn)行了探索,，但受制于當(dāng)時(shí)的算力水平，整個(gè)模擬過(guò)程只使用了6萬(wàn)個(gè)粒子,。
“要知道,，碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的各種塵埃、碎片遠(yuǎn)不止這個(gè)數(shù),，當(dāng)時(shí)的模擬只能看個(gè)‘大概’,，而且這個(gè)‘大概’還很粗糙?！?/p>
怎么才能看得更精細(xì)準(zhǔn)確,，提升模擬過(guò)程中的粒子數(shù)是關(guān)鍵?！斑@個(gè)數(shù)量好比圖片的分辨率，粒子數(shù)越多,，分辨率越高,，我們看得越清楚，模擬得更精確,?！敝苡握f(shuō)。
提升“分辨率”卻是一件極難的事,?！懊吭黾右粋€(gè)粒子，它自身的熱量,、大小,、狀態(tài)的狀況，都會(huì)對(duì)其自身及周邊的其他粒子造成不同影響,，這就形成了多個(gè)變量元素,，給算力增加更多負(fù)擔(dān)?！边@意味著,，粒子數(shù)的增多，算力要求將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),。
“這樣說(shuō)吧,，如果將粒子數(shù)提升到百萬(wàn)級(jí)，用現(xiàn)在最先進(jìn)的工作站模擬一次碰撞過(guò)程,，需要以年為單位計(jì)算,。”而周游在最新碰撞模擬中“搞”了一件大事情——把粒子數(shù)提升到了2000萬(wàn),。
這個(gè)看似不可能的算力任務(wù),，僅耗時(shí)3個(gè)月就完成了,。距離周游辦公室40公里外的天府新區(qū)興隆湖畔，超算中心主體機(jī)房?jī)?nèi),，800個(gè)算力核心為他完成了這次計(jì)算服務(wù),，而這只動(dòng)用了超算中心的極小一部分算力。
其間,，成都理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)與超算中心的工程師們碰頭數(shù)十次進(jìn)行軟硬件匹配調(diào)試,。“很難想象,，如果就近沒(méi)有這樣強(qiáng)大的一個(gè)算力體,，我的工作進(jìn)展將受到怎樣的制約?！敝苡握f(shuō),。
在周游看來(lái)，超算中心就是一雙更明亮的眼睛,，帶著他們更清晰地探索“星辰大?！薄?/p>
超算中心是一片更聰明的土壤 通過(guò)這個(gè)“坑洞”,，大食物觀的“種子”自然生長(zhǎng)
“我們國(guó)家每年要進(jìn)口一億噸大豆,，這很不安全?！?0月8日,，節(jié)后上班第一天，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所首席科學(xué)家任茂智早早來(lái)到辦公室,。
不要小看這顆小小的大豆,，它既是我們所需要的植物蛋白重要直接來(lái)源，又是我們需要的動(dòng)物蛋白重要轉(zhuǎn)化來(lái)源,?！皳Q言之，我們需要吃它,，我們要吃的畜禽,，也要吃它?！比蚊钦f(shuō),。
另一個(gè)實(shí)際情況是，我國(guó)山多平原少,、人多地少——人口占全球比重近20%,，擁有耕地面積占世界9%；淀粉類農(nóng)作物基本能自給自足,，但80%以上大豆依靠進(jìn)口,。
如何破解這個(gè)問(wèn)題,，這是農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域當(dāng)下的最熱課題之一。在成都,，任茂智想用新的手段來(lái)嘗試：把它“算”出來(lái),。
他的團(tuán)隊(duì)正在研究，用單細(xì)胞藻類一定程度替代大豆,，成為蛋白質(zhì)來(lái)源,。但應(yīng)該選擇哪些藻類？如何培養(yǎng)他們,？這兩個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題背后,，卻是一個(gè)龐大的數(shù)學(xué)工程。
任茂智說(shuō),，一個(gè)小小的單細(xì)胞螺藻,，擁有30億個(gè)基因組堿基對(duì)，和人類差不多,?！斑@是一個(gè)巨大的數(shù)字，我們要找到關(guān)鍵的功能基因,、篩選關(guān)鍵基因、進(jìn)行比較鑒定,，這都需要算力支持,。”
對(duì)此,，他充滿了信心,。此前，他借助超算中心“算力”,，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行過(guò)快速精準(zhǔn)預(yù)測(cè),。若按傳統(tǒng)方法來(lái)解析，一個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)就需要耗時(shí)數(shù)月甚至數(shù)年,，時(shí)間成本巨大,。“依托超算中心搭載的Alphafold2模型,，只花了幾天,，就計(jì)算出蛋白質(zhì)相互作用的過(guò)程?！?/p>
他堅(jiān)信,，這次研發(fā)能對(duì)大豆的替代起到不小推進(jìn)作用。目前,，他們已初步將目標(biāo)鎖定在一類蛋白核小球藻上,?！鞍凑沾蠖?0%蛋白質(zhì)含量算，補(bǔ)齊4000萬(wàn)噸蛋白質(zhì),，需要七八億畝耕地,，這要騰出來(lái)是很難的?！?/p>
而通過(guò)工業(yè)化生產(chǎn)的方式培育蛋白核小球藻,，一畝地上的蛋白質(zhì)產(chǎn)量，相當(dāng)于種植1000畝大豆,，這意味著只需要70到80萬(wàn)畝土地就能完成,。
在任茂智的辦公桌上，擺放的盆景是一黑一白兩盆香菇,?！肮@也是我們通過(guò)算法,，找到了控制顏色的基因,，所培養(yǎng)出來(lái)的?！比蚊钦f(shuō),，超算中心是一片更“聰明”的土壤。在這片土壤的“坑洞”里,，能“生長(zhǎng)”出更豐富的口糧,，大食物觀的“種子”也能自然生長(zhǎng)。
超算中心是一個(gè)更優(yōu)質(zhì)的生態(tài) 利用這個(gè)“腦洞”,，讓“智慧”的力量在這里聚集
“如同農(nóng)業(yè)時(shí)代的水力,，工業(yè)時(shí)代的電力，算力是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的核心能力,?！崩罴鸭颜f(shuō)。
而超算中心這個(gè)核心能力的極點(diǎn),，已經(jīng)將它的能力覆蓋到更廣闊領(lǐng)域——自2020年9月投運(yùn)以來(lái),，超算中心先后為北京、上海,、廣州,、重慶等35個(gè)城市的760余個(gè)用戶提供了算力服務(wù)，服務(wù)領(lǐng)域涵蓋航空航天,、裝備制造,、新型材料、人工智能等30個(gè)領(lǐng)域,，包括高海拔宇宙線觀測(cè)站等13個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,、國(guó)家級(jí)課題,。
目前，中心完成用戶計(jì)算任務(wù)數(shù)超1900萬(wàn)個(gè),，協(xié)助招引企業(yè)80余家,。
超算中心最高運(yùn)算速度達(dá)10億億次/秒——每秒鐘計(jì)算量，相當(dāng)于全球76億人每人每秒計(jì)算一次,，連續(xù)算上5個(gè)月,。超算中心供圖
“從最直接的角度看，超算中心就是一個(gè)工具,，一個(gè)科學(xué)家手中的‘計(jì)算器’,。”李佳佳說(shuō),。
從意義上看,，超算中心填補(bǔ)了國(guó)家超算體系在西部地區(qū)布局的空白，對(duì)于提升四川省承接國(guó)家重大科技創(chuàng)新和戰(zhàn)略性項(xiàng)目的能力,，聚集高校院所,、科研企業(yè)，吸引領(lǐng)軍型科技創(chuàng)新人才,，加快科研成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用具有重大意義,。
此外，這個(gè)經(jīng)科技部同意組建的國(guó)家戰(zhàn)略性信息基礎(chǔ)設(shè)施和科技創(chuàng)新戰(zhàn)略平臺(tái),，對(duì)加快打造全國(guó)一體化算力網(wǎng)絡(luò)成渝國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn),，讓四川全面融入“東數(shù)西算”工程也具有重要支撐作用。
“從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度看,，超算中心正在營(yíng)造一個(gè)更優(yōu)質(zhì)的‘?dāng)?shù)字經(jīng)濟(jì)’生態(tài),?！崩罴鸭呀榻B,，超算中心的具體服務(wù)，包含了計(jì)算資源,、軟件開(kāi)發(fā),、項(xiàng)目技術(shù)、人才培養(yǎng)引進(jìn),、計(jì)算產(chǎn)業(yè)推廣等5個(gè)方面,，目前已和200多家單位建立了合作，CPU計(jì)算利用率已超過(guò)40%,。
這還是一個(gè)更綠色的生態(tài),。
在超算中心的機(jī)房?jī)?nèi)，可以聽(tīng)見(jiàn)隱約的水流聲,?！斑@是機(jī)房服務(wù)器的液冷系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn),。”李佳佳介紹,，成都超算中心創(chuàng)新采用全球領(lǐng)先的浸沒(méi)式相變液冷技術(shù),，為超算核心設(shè)備提供高效換熱，同時(shí)最大限度地降低能耗,，相比較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心節(jié)能50%,。這種模式每年可節(jié)電5000萬(wàn)度，節(jié)省電量可供成都市17000個(gè)家庭全年使用,。
“也希望能在這個(gè)更綠色,、更優(yōu)質(zhì)的生態(tài)上，找到更多合作伙伴,，我們一起在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代里‘腦洞大開(kāi)’,，為四川經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供更‘智慧’的助力?！崩罴鸭颜f(shuō),。
