川觀新聞
2022年10月09日
川觀新聞記者 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,，穿過一個不起眼的門洞，就進(jìn)入這棟建筑的內(nèi)部,。不起眼的“門洞”背后，卻“藏”著天府最強(qiáng)“腦洞”——國家超算成都中心（以下簡稱“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”。
提及超算中心時,，往往會說到這樣一組數(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——每秒鐘計算量，相當(dāng)于全球76億人每人每秒計算一次,，連續(xù)算上5個月,。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問題：它到底能用來干啥,？
“曾經(jīng)有人用水來比喻‘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,。我覺得用這個比喻來描述超算中心，也恰當(dāng),?！?0月8日，超算中心運(yùn)行維護(hù)部部長李佳佳介紹說,。
在不同使用者眼里,，超算中心有著不同的形態(tài)：有人說,，它像一雙明亮的“眼睛”，能讓大家有機(jī)會更清晰地仰望星空,；也有人說,，它是一片肥沃的“土壤”，能生長出更有營養(yǎng)價值的口糧……
巴蜀大地上,，這個天府最強(qiáng)“腦洞”,，正在上演一場“變形記”，未來也將有更多可能,。
超算中心是一雙更明亮的眼睛 透過這個“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新的球體,。
“每次看到這個過程心中都很感嘆,，宇宙萬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,。
而這個看似簡單的過程卻并不簡單——碰撞的過程,，由2000萬個粒子模擬構(gòu)成。
這是超算中心通過其算力進(jìn)行的一場月球形成過程的數(shù)字化模擬,。
超算中心最高運(yùn)算速度達(dá)10億億次/秒——每秒鐘計算量,，相當(dāng)于全球76億人每人每秒計算一次，連續(xù)算上5個月,。超算中心供圖
業(yè)界對月球形成的一個主流說法是：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)過長時間聚集，逐步形成了我們看到的月亮,。
周游所研究的,，就是通過數(shù)字化手段去還原這個推斷。這并非易事,。早在2001年,，國外就有科研工作者對這個假說進(jìn)行了探索,，但受制于當(dāng)時的算力水平，整個模擬過程只使用了6萬個粒子,。
“要知道,，碰撞過程中產(chǎn)生的各種塵埃、碎片遠(yuǎn)不止這個數(shù),，當(dāng)時的模擬只能看個‘大概’,，而且這個‘大概’還很粗糙?！?/p>
怎么才能看得更精細(xì)準(zhǔn)確,，提升模擬過程中的粒子數(shù)是關(guān)鍵?！斑@個數(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,。
提升“分辨率”卻是一件極難的事?！懊吭黾右粋€粒子,，它自身的熱量、大小,、狀態(tài)的狀況,，都會對其自身及周邊的其他粒子造成不同影響，這就形成了多個變量元素,，給算力增加更多負(fù)擔(dān),。”這意味著,，粒子數(shù)的增多,，算力要求將呈指數(shù)級增長。
“這樣說吧,，如果將粒子數(shù)提升到百萬級,，用現(xiàn)在最先進(jìn)的工作站模擬一次碰撞過程，需要以年為單位計算,?！倍苡卧谧钚屡鲎材M中“搞”了一件大事情——把粒子數(shù)提升到了2000萬。
這個看似不可能的算力任務(wù),，僅耗時3個月就完成了,。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)房內(nèi),，800個算力核心為他完成了這次計算服務(wù),，而這只動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,，如果就近沒有這樣強(qiáng)大的一個算力體,，我的工作進(jìn)展將受到怎樣的制約?！敝苡握f,。
在周游看來，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 通過這個“坑洞”,，大食物觀的“種子”自然生長
“我們國家每年要進(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源，又是我們需要的動物蛋白重要轉(zhuǎn)化來源,?！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,。
另一個實(shí)際情況是，我國山多平原少,、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,。
如何破解這個問題,，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嘗試：把它“算”出來,。
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)來源,。但應(yīng)該選擇哪些藻類？如何培養(yǎng)他們,？這兩個簡單的問題背后,，卻是一個龐大的數(shù)學(xué)工程。
任茂智說,，一個小小的單細(xì)胞螺藻,，擁有30億個基因組堿基對，和人類差不多,?！斑@是一個巨大的數(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,?！?/p>
對此，他充滿了信心,。此前,，他借助超算中心“算力”，對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行過快速精準(zhǔn)預(yù)測,。若按傳統(tǒng)方法來解析,，一個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)就需要耗時數(shù)月甚至數(shù)年，時間成本巨大,?！耙劳谐阒行拇钶d的Alphafold2模型，只花了幾天,，就計算出蛋白質(zhì)相互作用的過程,。”
他堅(jiān)信,，這次研發(fā)能對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4000萬噸蛋白質(zhì)，需要七八億畝耕地,，這要騰出來是很難的,。”
而通過工業(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@也是我們通過算法,，找到了控制顏色的基因,，所培養(yǎng)出來的?！比蚊钦f,，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”出更豐富的口糧,，大食物觀的“種子”也能自然生長。
超算中心是一個更優(yōu)質(zhì)的生態(tài) 利用這個“腦洞”,，讓“智慧”的力量在這里聚集
“如同農(nóng)業(yè)時代的水力,，工業(yè)時代的電力，算力是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代的核心能力,?！崩罴鸭颜f。
而超算中心這個核心能力的極點(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,，超算中心先后為北京、上海,、廣州,、重慶等35個城市的760余個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個領(lǐng)域，包括高海拔宇宙線觀測站等13個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,、國家級課題,。
目前，中心完成用戶計算任務(wù)數(shù)超1900萬個,，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——每秒鐘計算量，相當(dāng)于全球76億人每人每秒計算一次,，連續(xù)算上5個月,。超算中心供圖
“從最直接的角度看，超算中心就是一個工具,，一個科學(xué)家手中的‘計算器’,。”李佳佳說,。
從意義上看,，超算中心填補(bǔ)了國家超算體系在西部地區(qū)布局的空白，對于提升四川省承接國家重大科技創(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，這個經(jīng)科技部同意組建的國家戰(zhàn)略性信息基礎(chǔ)設(shè)施和科技創(chuàng)新戰(zhàn)略平臺,，對加快打造全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)成渝國家樞紐節(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,，超算中心正在營造一個更優(yōu)質(zhì)的‘?dāng)?shù)字經(jīng)濟(jì)’生態(tài),。”李佳佳介紹,，超算中心的具體服務(wù),，包含了計算資源、軟件開發(fā),、項(xiàng)目技術(shù),、人才培養(yǎng)引進(jìn)、計算產(chǎn)業(yè)推廣等5個方面,，目前已和200多家單位建立了合作,，CPU計算利用率已超過40%。
這還是一個更綠色的生態(tài),。
在超算中心的機(jī)房內(nèi),，可以聽見隱約的水流聲。“這是機(jī)房服務(wù)器的液冷系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn),?！崩罴鸭呀榻B，成都超算中心創(chuàng)新采用全球領(lǐng)先的浸沒式相變液冷技術(shù),，為超算核心設(shè)備提供高效換熱,，同時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5000萬度,，節(jié)省電量可供成都市17000個家庭全年使用。
“也希望能在這個更綠色,、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)時代里‘腦洞大開’,，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,。
