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，穿過一個(gè)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(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(gè)比喻來描述超算中心，也恰當(dāng)。”10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(huì)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(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”，未來也將有更多可能。
超算中心是一雙更明亮的眼睛
透過這個(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(gè)看似簡(jiǎn)單的過程卻并不簡(jiǎn)單——碰撞的過程，由2000萬個(gè)粒子模擬構(gòu)成。
這是超算中心通過其算力進(jìn)行的一場(chǎng)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(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(shí)間聚集，逐步形成了我們看到的月亮。
周游所研究的，就是通過數(shù)字化手段去還原這個(gè)推斷。這并非易事。早在2001年，國外就有科研工作者對(duì)這個(gè)假說進(jìn)行了探索，但受制于當(dāng)時(shí)的算力水平，整個(gè)模擬過程只使用了6萬個(gè)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(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。”
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。“這個(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。”周游說。
提升“分辨率”卻是一件極難的事。“每增加一個(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)。”這意味著，粒子數(shù)的增多，算力要求將呈指數(shù)級(jí)增長。
“這樣說吧，如果將粒子數(shù)提升到百萬級(jí)，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(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。
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)房內(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。”周游說。
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“星辰大海”。
超算中心是一片更聰明的土壤
通過這個(gè)“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。”10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(dòng)物蛋白重要轉(zhuǎn)化來源。“換言之，我們需要吃它，我們要吃的畜禽，也要吃它。”任茂智說。
另一個(gè)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(gè)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(gè)簡(jiǎn)單的問題背后，卻是一個(gè)龐大的數(shù)學(xué)工程。
任茂智說，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。“這是一個(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)行過快速精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。若按傳統(tǒng)方法來解析，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)相互作用的過程。”
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。“按照大豆40%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。“哈哈，這也是我們通過算法，找到了控制顏色的基因，所培養(yǎng)出來的。”任茂智說，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(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。”李佳佳說。
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，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)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、國家級(jí)課題。
目前，中心完成用戶計(jì)算任務(wù)數(shù)超1900萬個(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。
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(duì)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(gè)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(tái)，對(duì)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(gè)更優(yōu)質(zhì)的‘數(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(jì)算資源、軟件開發(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40%。
這還是一個(gè)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)。”李佳佳介紹，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(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’，為四川經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供更‘智慧’的助力。”李佳佳說。
編輯：李志 校對(duì)：郭成 審核：劉益
