算天算地算人！超級計算機(jī)如何助力疫情防控，影響你我生活？

工程師正在進(jìn)行全機(jī)規(guī)模試算之前的聯(lián)調(diào)，確保成千上萬個計算、存儲、管理節(jié)點(diǎn)能穩(wěn)定可靠工作。

地圖導(dǎo)航推薦最優(yōu)路徑，外賣平臺分配合適訂單給快遞小哥……這背后都離不開“算力”和“算法”的加持。

當(dāng)今，“計算”已經(jīng)深刻融入人們的生產(chǎn)生活。而超級計算機(jī)則是“計算”的頂級平臺，能夠高速、高效處理普通計算機(jī)無法處理的大量資料，是各國競相角逐的科技制高點(diǎn)，也是國家綜合科技實(shí)力的體現(xiàn)。我國的天河一號、天河二號、神威·太湖之光，都曾經(jīng)登上過超級計算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜的榜首。

超級計算機(jī)有何“超能力”，如何影響我們的生產(chǎn)生活？記者近日來到位于湖南長沙岳麓山國家大學(xué)科技城的國家超級計算長沙中心（以下簡稱“長沙超算中心”）實(shí)地探訪。

記者了解到，長沙是我國超級計算機(jī)的故鄉(xiāng)，我國第一臺超級計算機(jī)“銀河一號”、第一臺取得世界第一的超級計算機(jī)“天河一號”都誕生于此。

國家超級計算長沙中心“天河一號”超級計算機(jī)機(jī)房，藍(lán)色機(jī)柜整齊排列。

“0”和“1”背后的“超級使命”

9月20日，秋高氣爽。靜謐而靈秀的長沙岳麓山下，長沙超算中心掩映在萬山漸紅的楓葉之中。從山頂俯視，主樓天算臺形似數(shù)字“0”、研發(fā)樓形似數(shù)字“1”。

據(jù)介紹，長沙超算中心兩座大樓也分別以0號樓和1號樓命名，寓意深刻——“0”和“1”正是二進(jìn)制的兩個基本符號。

國家超級計算長沙中心形似數(shù)字“0”的主樓天算臺。 （國家超級計算長沙中心 供圖）

相比大樓外的幽靜，長沙超算中心機(jī)房內(nèi)部是另一番“激情澎湃”：藍(lán)色的機(jī)柜一字排開，機(jī)柜上LED燈不停閃爍——由數(shù)據(jù)和程序構(gòu)建的數(shù)字世界里，可謂“萬馬奔騰”。

記者了解到，長沙超算中心目前使用的主要算力設(shè)備是由國防科技大學(xué)牽頭研發(fā)、湖南大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)營的“天河”系列超級計算機(jī)。

超級計算機(jī)有何與眾不同？面對記者的疑問，長沙超算中心總工程師唐卓侃侃而談：超級計算機(jī)的“超級”在于它的超級體量，以及由此帶來的計算速度，“超級計算機(jī)相當(dāng)于一個超高密度的計算機(jī)集群。它由成千上萬臺計算節(jié)點(diǎn)高速并聯(lián)而成，每個并聯(lián)結(jié)構(gòu)中都有獨(dú)立的高性能計算單元，從而形成強(qiáng)大的聚合計算能力。”

為便于記者理解，長沙超算中心副主任肖晟給記者打了個比方：假如每一個節(jié)點(diǎn)是一位戰(zhàn)士，超級計算機(jī)就是集團(tuán)軍，將戰(zhàn)士們聚集起來，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)化作戰(zhàn)。普通計算機(jī)可計算的問題規(guī)模和超級計算機(jī)相比，就像一位戰(zhàn)士能完成的戰(zhàn)斗任務(wù)和整個集團(tuán)軍能實(shí)現(xiàn)的戰(zhàn)役目標(biāo)，有質(zhì)的區(qū)別。

2010年，國家超級計算中心落戶長沙。當(dāng)年11月，“天河一號”在超級計算機(jī)世界500強(qiáng)榜首第一次留下中國超算的名字，令世人刮目。此后，我國乘勢而上，“天河二號”“神威·太湖之光”相繼研制成功，并連續(xù)數(shù)次位列世界500強(qiáng)榜首。

“對一個國家來說，超級計算機(jī)是國之重器。”唐卓認(rèn)為，發(fā)展超算關(guān)鍵要服務(wù)于國家需要，惠及民生、增進(jìn)福祉，長沙超算中心大樓的“0”和“1”造型背后，彰顯著自己的“超級使命”。

目前，長沙超算中心的“天河一號”已服役達(dá)12年之久。記者探訪時，長沙超算中心工程師正在緊鑼密鼓進(jìn)行設(shè)備調(diào)試、技術(shù)人員正在開展崗前培訓(xùn)……新一代超級計算機(jī)即將“上崗”。據(jù)介紹，升級后的新一代機(jī)型，算力將是原機(jī)型的150倍，總算力將再一次處于國內(nèi)領(lǐng)先水平、國際先進(jìn)行列。

既可算天也可算地算人

清晨醒來后，打開手機(jī)，未來2小時的天氣情況一目了然；頭頂烈日，地質(zhì)工作者正在向精準(zhǔn)探測的潛在礦址進(jìn)發(fā)……這些都與超算有著密不可分的關(guān)系。

長沙超算中心副主任彭紹亮說，這僅僅是超級計算機(jī)諸多應(yīng)用場景的“冰山一角”。“天河”超算如今深刻影響并改變著我們的工作、學(xué)習(xí)和生活。

業(yè)內(nèi)人士經(jīng)常用六個字來概括超級計算機(jī)的“超能力”：算天、算地、算人。

算天——超級計算機(jī)可以將天氣預(yù)報的范圍縮小到公里、精確到小時；可以模擬出不同科學(xué)模型下宇宙的誕生演化；可以用“數(shù)值風(fēng)洞”替代傳統(tǒng)風(fēng)洞進(jìn)行試驗(yàn)，讓火箭、大飛機(jī)等航空航天設(shè)備的氣動外形設(shè)計實(shí)驗(yàn)周期從一兩年縮至短短幾天……

算地——超級計算機(jī)已廣泛應(yīng)用于油氣資源勘探、地質(zhì)勘測、巨型工程建設(shè)等領(lǐng)域，有關(guān)單位曾通過長沙超算中心開展工程抗震安全研究，模擬計算時間從原本的500小時縮短為5小時。長沙超算中心還聯(lián)合搭建了建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用推廣服務(wù)平臺，支撐開展智慧城市建設(shè)，為道路設(shè)計施工、城市地下管網(wǎng)鋪設(shè)、地面樓宇橋梁等建筑的設(shè)計和施工圖審查、智慧交通、智慧城管、土地調(diào)查、礦山調(diào)查等提供24小時算力和平臺服務(wù)。2020年7月6日，湖南省石門縣雷家山發(fā)生特大型山體滑坡，瞬間塌方量達(dá)數(shù)百萬立方米，整個區(qū)域面目全非卻沒有造成人員傷亡，這其中就有長沙超算中心演算、預(yù)警的一份功勞。

算人——超級計算機(jī)在醫(yī)學(xué)、生物醫(yī)藥、基因測序等與人們生命健康密切相關(guān)的諸多領(lǐng)域也起著至關(guān)重要的作用。據(jù)介紹，長沙超算中心與中南大學(xué)湘雅醫(yī)院、華大基因共建的基因數(shù)據(jù)分析平臺，可以大幅縮短先天性遺傳疾病的篩查時間。以唐氏兒篩查為例，在超級計算機(jī)強(qiáng)大的算力加持下，計算時間可以壓縮至4小時內(nèi)，準(zhǔn)媽媽們上午做檢查，下午就能拿到檢測結(jié)果。

唐卓說，從湖南大學(xué)向東越過湘江不遠(yuǎn)，就是“天河”誕生地——國防科技大學(xué)，兩地車程僅20分鐘。得益于兩個完整的技術(shù)團(tuán)隊(duì)支撐，“天河”系列超級計算機(jī)的研制以及各種高性能應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā)，形成了較為完整的研發(fā)鏈條。

近年來，機(jī)械制造以及設(shè)計仿真產(chǎn)業(yè)都先后加入超級計算機(jī)的應(yīng)用陣營中。長沙超算中心搭建的科研服務(wù)、產(chǎn)業(yè)服務(wù)和公共服務(wù)平臺近50個，累計為40個領(lǐng)域近2000個用戶提供約16億核時的高性能計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等服務(wù)，牽頭或參與承擔(dān)重點(diǎn)研發(fā)計劃、科技專項(xiàng)等各類科技項(xiàng)目近1000項(xiàng)，為湖南“三高四新”戰(zhàn)略實(shí)施和數(shù)字湖南建設(shè)做出重要貢獻(xiàn)，以世界一流的超級計算能力，為驅(qū)動湖南新科技革命、新經(jīng)濟(jì)發(fā)展、新基建建設(shè)、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和政府治理智能化發(fā)揮更大的支撐和推動作用。

超算助力科學(xué)有效防控疫情

湖南長沙是一座“網(wǎng)紅”城市，岳麓山、橘子洲、揚(yáng)帆夜市、四方坪夜市……即便是暑期40攝氏度的高溫，依舊“全國有一半人都去長沙‘避暑’了”。

這里如何科學(xué)有效防控疫情？點(diǎn)開國家超級計算長沙中心網(wǎng)站，或許能找到答案。

網(wǎng)站首頁，“超算科技抗疫”欄目尤其引人注目。從精準(zhǔn)篩查、核酸檢測，到心理健康測試，以及篩查、疏導(dǎo)、幫助疫情和復(fù)工復(fù)學(xué)中出現(xiàn)應(yīng)激心理反應(yīng)的人群，等等，諸多方面都有長沙超算中心的功勞。

“以一臺普通計算機(jī)的算力，單人密接與次密接人群篩查需要幾個月時間。”唐卓介紹，但有了超級計算機(jī)協(xié)助，對重點(diǎn)人群的行為軌跡進(jìn)行實(shí)時統(tǒng)計和關(guān)聯(lián)計算，可在1秒完成單人流調(diào)查詢、1分鐘內(nèi)完成單人密接人群篩查。“超算為查找、排查疑似病例等提供了有力支撐，搭建的疫情大數(shù)據(jù)應(yīng)急監(jiān)測平臺成功預(yù)警多起高風(fēng)險地區(qū)人群輸入事件，有力支持了湖南全省快速科學(xué)控制突發(fā)疫情。”

科研團(tuán)隊(duì)結(jié)合儀器測量和超算篩選的成果，在可視化報表平臺上解讀試驗(yàn)結(jié)果，為藥物研發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

據(jù)介紹，由國防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院平行仿真團(tuán)隊(duì)與中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院團(tuán)隊(duì)、湖南大學(xué)國家超算長沙中心團(tuán)隊(duì)攜手，在一線組建了科研攻關(guān)隊(duì)伍，將疫情數(shù)據(jù)與創(chuàng)新科技相結(jié)合，利用“虛擬戰(zhàn)場”開展仿真計算聯(lián)合科研攻關(guān)。研究人員根據(jù)城市人口地理模型，生成了一座“虛擬城市”，演化疫情傳播過程，對千萬級人口城市的病毒傳播風(fēng)險和有效防控手段進(jìn)行建模研究。

此外，超算長沙中心還基于區(qū)塊鏈和社交網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的疫情檢測和預(yù)警應(yīng)用，聯(lián)合研發(fā)了人工智能預(yù)警可視化系統(tǒng)、非接觸式精準(zhǔn)體溫測量和疫情監(jiān)測系統(tǒng)等。

為幫扶企業(yè)快速復(fù)工復(fù)產(chǎn)、加快推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)，湖南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳利用“互聯(lián)網(wǎng)+審圖”平臺組織全省23家審查機(jī)構(gòu)全天候提供施工圖審查服務(wù)，為項(xiàng)目開工建設(shè)保駕護(hù)航，長沙超算中心等平臺提供24小時技術(shù)支撐，確保“互聯(lián)網(wǎng)+審圖”平臺在疫情防控期間運(yùn)行順暢。

……

超算加持下，讓“用最小代價實(shí)現(xiàn)最大防控效果”成為現(xiàn)實(shí)。

“其實(shí)，我們每個人都擁有一個小型的‘超算中心’。”肖晟說，今天我們手上拿的手機(jī)，算力相當(dāng)于上世紀(jì)90年代全球最快的超級計算機(jī)。如何用好今天的海量算力，為國家構(gòu)建核心競爭力，為人們生活提升幸福指數(shù)，是當(dāng)下的重要課題。“未來已來，當(dāng)我們處在這個偉大的時代，在向時代致敬的同時，更要走好自己的未來之路。”

來源 中國紀(jì)檢監(jiān)察報

編輯 王瓊

流程編輯 劉偉利