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“算”出強大科創(chuàng)力——之江實驗室探訪記

2023-04-20 16:36:03 來源：經(jīng)濟參考報

在杭州城西科創(chuàng)大走廊核心地帶，走進之江實驗室計算與數(shù)據(jù)中心，一臺臺黑色機柜列隊排開，一盞盞指示燈不停閃爍，“之江天目”異構智能計算機在高速運轉。

一秒鐘可進行百億億次運算，這里是目前國內同類新型研發(fā)機構中規(guī)模最大、等級最高的算力中心之一，也是中國智能計算快速發(fā)展的縮影。

【資料圖】

智能計算機有什么“超能力”？為科研和生產(chǎn)帶來了什么？記者近日與“算力中國行”調研團一起來到之江實驗室進行實地探訪。

創(chuàng)新突破背后的“超能力”

今年3月，之江實驗室深度參與的“FAST精細刻畫活躍重復快速射電暴”入選“2022年度中國科學十大進展”，并位列第2位。實際上，這一天文觀測的重大成果很大程度是“算”出來的。

“‘中國天眼’FAST夜以繼日地巡視著浩瀚宇宙，每天能產(chǎn)生高達250TB的數(shù)據(jù)，可以裝滿250臺個人電腦。”之江實驗室智能計算平臺研究中心高級工程專家陳華曦給出一個形象的比喻：快速射電暴探測，好比要在FAST觀測數(shù)據(jù)“大海”中，撈取出快速射電暴信號這根“針”，高性能智能計算是重要支撐。

陳華曦說，研究團隊通過智能計算數(shù)字反應堆大科學裝置，研究設計科學智能算法，數(shù)字反應堆每秒可進行百億億次運算，可以規(guī)模化探測快速射電暴等天體輻射現(xiàn)象。

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

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

不僅計算天文。借力智能計算與人工智能技術，高性能計算正在賦能多領域的科研創(chuàng)新：在水稻4萬多個基因中破解其基因密碼，推動作物育種從“試驗選優(yōu)”向“計算選優(yōu)”；智能計算制藥開放平臺依托數(shù)字反應堆的強大算力，搭建基于智能計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)能夠有效干預疾病發(fā)生的潛在藥物分子……

目前在之江實驗室，每天要完成超過200余項計算研發(fā)任務，科學研究的變革正在進行。

“智能計算為基礎研究帶來了新工具和新范式。”之江實驗室主任、浙江大學黨委副書記，智能計算數(shù)字反應堆總設計師朱世強說，科研人員未必預料得到的創(chuàng)新突破，未來也許就會在智能計算與各領域的融合創(chuàng)新中涌現(xiàn)出來。

讓算力更“聰明”“好用”

光是“能算”還不夠，還要讓科學計算更“聰明”、更“好用”。

之江實驗室智能計算軟件研究中心主任潘愛民告訴記者，算力資源天然存在的異構性，以不同技術實現(xiàn)的計算能力，往往出自不同的系統(tǒng)架構或指令集，在實踐中算力的異構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。

“一個規(guī)模較大的數(shù)據(jù)中心每天要面臨大量復雜的計算需求，這就需要根據(jù)不同的任務所需，以最佳方式利用既有計算資源和最恰當?shù)挠嬎惴椒ǎ鉀Q實際問題。”潘愛民說。

2022年，之江實驗室推出了“之江瑤光”智能計算操作系統(tǒng)，各種異構算力資源形成了一個龐大的“算力池”，可同時供大量科研項目共享使用，既做到“牽線搭橋”，又可以“運籌帷幄”。

所謂“牽線搭橋”，是用戶和算力之間，通過一個“資源連接器”，聚合高性能計算、智能超算等不同類型算力資源，將算力調度的損耗降到低于10%。

所謂“運籌帷幄”，是按策略對數(shù)據(jù)進行編排調度，把數(shù)據(jù)高效傳達到計算集群和節(jié)點，讓每臺計算機物盡其用，協(xié)同整合算力可達10EFlops（每秒1000億億次浮點運算）。

目前，之江瑤光的算力服務能力已經(jīng)在材料、基因、制藥、天文、育種等科學研究領域落地應用。“按照現(xiàn)在的敏捷迭代開發(fā)模式，這個系統(tǒng)會變得越來越高效，也越來越智能。”潘愛民說。

智能計算賦能百業(yè)發(fā)展

今年以來，之江實驗室算力利用率增長了近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，算力高速運轉背后是產(chǎn)業(yè)的智能升級。

在之江實驗室的園區(qū)，工作人員在手機APP上簡單操作，就可以為入園的客人“下單”無人接駁車。一臺無人車配備近20個傳感器設備，依靠數(shù)據(jù)與算法，無人車可以做到360度無盲區(qū)的感知，并在復雜天氣和環(huán)境條件下檢測到障礙物。

智能計算在賦能智慧醫(yī)療領域顯示出強大潛力。在之江實驗室自主研發(fā)的多中心智能醫(yī)學信息平臺上，杭州、南京、合肥3個城市的多家大型三甲醫(yī)院之間，在確保原始數(shù)據(jù)不離開醫(yī)院的前提下，可以實現(xiàn)臨床數(shù)據(jù)的協(xié)同分析。依靠隱私計算、人工智能技術，實現(xiàn)了“數(shù)據(jù)不出門，算法多跑路”。

“智能計算無處不在，無感的計算已滲透于各行各業(yè)，深刻影響并改變著我們的工作、學習和生活。”朱世強說，比如，智慧城市中的“天眼”系統(tǒng)、智慧工業(yè)領域的智能工廠場景，背后都有無感計算的加持。生活場景中，老百姓每天都會看的天氣預報，以及正在落地的自動駕駛，離不開超級計算、融合計算等的支撐。

如今，計算產(chǎn)業(yè)正呈現(xiàn)出智能化、泛在化、大眾化的發(fā)展趨勢，計算越來越無感，使用越來越便捷，產(chǎn)業(yè)空間正飛速增長。根據(jù)《智能計算中心創(chuàng)新發(fā)展指南》顯示，目前全國超過30個城市在建或籌建智算中心。預計未來5年我國智能算力規(guī)模的年復合增長率將達52.3%。

“未來，智能計算將會有更加強大的穿透力和更加巨大的產(chǎn)業(yè)空間。”朱世強說，之江實驗室將加快建設智能計算數(shù)字反應堆科學裝置，不斷拓展重大應用領域，成為眾多行業(yè)攻堅克難的得力工具，服務國家戰(zhàn)略、數(shù)字經(jīng)濟和社會民生，加速社會進入智慧時代。

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