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“算”出強大科創(chuàng)力——之江實驗室探訪記

來源:經濟參考報

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,每天能產生高達250TB的數(shù)據(jù),可以裝滿250臺個人電腦?!敝瓕嶒炇抑悄苡嬎闫脚_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?!敝?,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?!盕AST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?!敝瓕嶒炇抑魅?、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?,解決實際問題?!迸藧勖裾f。

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?!迸藧勖裾f。

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)新和產業(yè)數(shù)字化發(fā)展的重要依托,算力高速運轉背后是產業(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?!敝焓缽娬f,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業(yè)空間?!敝焓缽娬f,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)字經濟和社會民生,加速社會進入智慧時代。

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