人工智能成為助推超算新動(dòng)能

眾所周知，超級(jí)計(jì)算（又稱(chēng)高性能計(jì)算，簡(jiǎn)稱(chēng)“超算”）是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn)，是支撐國(guó)家實(shí)力持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，在國(guó)防安全、高科技發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有重要的戰(zhàn)略地位。

近年來(lái)，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)蓬勃發(fā)展，超算的應(yīng)用范圍不斷拓展。舉例來(lái)說(shuō)，人類(lèi)對(duì)世界的感知越來(lái)越多，在不同領(lǐng)域的活動(dòng)也都留下了數(shù)據(jù)軌跡，產(chǎn)生了多維、多領(lǐng)域的數(shù)據(jù)綜合關(guān)聯(lián)分析需求。而云計(jì)算使得計(jì)算設(shè)施隨時(shí)可得，大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)了人工智能，GPU使計(jì)算能力產(chǎn)生了巨大的跨越，從而使分析能力的飛躍成為可能。

在人工智能時(shí)代催生新計(jì)算需求的同時(shí)，海量的數(shù)據(jù)分析和通信也在挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)的超算系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計(jì)?？梢哉f(shuō)，人工智能時(shí)代信息處理需求也為智能超算平臺(tái)體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)，帶來(lái)了新的創(chuàng)新和變革機(jī)遇。

有數(shù)據(jù)顯示，2018年全球人工智能算法論文40%為中國(guó)人所寫(xiě)。2017年7月20日國(guó)務(wù)院發(fā)布了中國(guó)的人工智能戰(zhàn)略，人工智能已經(jīng)成為國(guó)家戰(zhàn)略。而中國(guó)又被譽(yù)為擁有龐大的人工智能市場(chǎng)。在這樣的背景下，被譽(yù)為“國(guó)之重器”的超算和人工智能相結(jié)合會(huì)給我們的經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來(lái)怎樣的變化？

應(yīng)用牽引技術(shù)發(fā)展

在過(guò)去四十年里，超算幫助人們解決了從宇宙天體到蛋白質(zhì)分子一系列非常復(fù)雜的模擬問(wèn)題。如今，超算面向生物醫(yī)藥研制、人工智能醫(yī)療領(lǐng)域的成效越來(lái)越凸顯。以全基因組信息關(guān)聯(lián)性分析為例，之前需要幾年的時(shí)間進(jìn)行分析，采用超算后可以將時(shí)間縮短為10小時(shí)。而在基因測(cè)序分析選擇靶向藥物用于靶向治療上，則可以將時(shí)間縮短到30分鐘。

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能對(duì)超算的需求越來(lái)越強(qiáng)勁，可以說(shuō)人工智能讓超算從高大上的科學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)展到了和人們生活息息相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域。

8月31日，以“突破算力 決勝未來(lái)”為主題的2018聯(lián)想全球超算峰會(huì)在京召開(kāi)。本次會(huì)議上，國(guó)家863、973計(jì)劃重大專(zhuān)項(xiàng)組組長(zhǎng)錢(qián)德沛教授表示，高性能計(jì)算是解決重大挑戰(zhàn)性問(wèn)題的重要手段，是促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和科學(xué)研究的利器?！拔蚁嘈旁谖磥?lái)我們會(huì)越來(lái)越多地看到人工智能、大數(shù)據(jù)對(duì)于高性能計(jì)算帶來(lái)的深遠(yuǎn)影響，無(wú)論是在體系結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)還是在應(yīng)用、算法方面，我們將不斷地看到三者融合發(fā)展的實(shí)力?！?/p>

聯(lián)想集團(tuán)高級(jí)副總裁、數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)集團(tuán)中國(guó)區(qū)總裁童夫堯也表示，HPC的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面，一方面是傳統(tǒng)的高大上的科學(xué)領(lǐng)域。另一方面是跟老百姓生活密切相關(guān)的人工智能技術(shù)帶來(lái)的超算需求。

對(duì)此，中國(guó)工程院院士、天河一號(hào)和天河二號(hào)總設(shè)計(jì)師，國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)廖湘科表示，高性能計(jì)算本身為人工智能的崛起提供了一個(gè)新的計(jì)算引擎，而大數(shù)據(jù)和人工智能也牽引著高性能計(jì)算呈現(xiàn)了很多新的形態(tài)。人工智能需要超算作為后臺(tái)進(jìn)行越來(lái)越強(qiáng)大的模型訓(xùn)練、智能推理、關(guān)聯(lián)分析，導(dǎo)致超算除了用于科學(xué)工程計(jì)算領(lǐng)域，應(yīng)用范圍越來(lái)越多元化。

因此，他認(rèn)為未來(lái)高性能計(jì)算需要融合發(fā)展。首先，高性能計(jì)算本身必須要擁抱新的需求，不僅要支持計(jì)算科學(xué)，也要支持?jǐn)?shù)據(jù)科學(xué)和智能科學(xué)。由于超算本身需要巨大的投入，需要巨大的市場(chǎng)回報(bào)才能促進(jìn)超算良性發(fā)展，在應(yīng)用領(lǐng)域的探索就顯得更加重要；其次，在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)上，HPC異構(gòu)融合結(jié)構(gòu)一定會(huì)成為首選。特別是在用戶范圍擴(kuò)大的情況下，要注重易用性和平臺(tái)設(shè)計(jì)。HPC今后的軟件站一定是能支持科學(xué)與工程運(yùn)算、智能科學(xué)運(yùn)行環(huán)境、大數(shù)據(jù)運(yùn)算能力的統(tǒng)一運(yùn)行平臺(tái)。

同時(shí)要補(bǔ)齊國(guó)產(chǎn)超算的工程計(jì)算短板，建立協(xié)調(diào)發(fā)展的HPC工作環(huán)境。其中包括四個(gè)要素，第一是平衡計(jì)算的柔性設(shè)計(jì)，達(dá)到計(jì)算能力、通訊能力、I/O能力平衡；第二必須要進(jìn)行應(yīng)用領(lǐng)域的模型數(shù)據(jù)算法的研究；第三要有易用的平臺(tái)化應(yīng)用軟件；第四要發(fā)展學(xué)科交叉，多個(gè)學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展。

國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心主任盧宇彤表示，近些年超算向以應(yīng)用為中心的趨勢(shì)發(fā)展，讓更多行業(yè)的人能夠更方便地使用超算成為超算發(fā)展的新方向。只有把應(yīng)用群體擴(kuò)大，技術(shù)才能夠進(jìn)入良性的循環(huán)軌道。

由于超算系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，應(yīng)用需求也在不斷變化，傳統(tǒng)的編程軟件已經(jīng)不能滿足更多應(yīng)用的需求。在應(yīng)用軟件的研發(fā)上超算中心會(huì)扮演非常重要的角色，超算中心要搭建軟件平臺(tái)，建立起應(yīng)用和系統(tǒng)之間的橋梁。

今后，除傳統(tǒng)的大氣，海洋，能源CFD的高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域外，人工智能帶來(lái)的超算應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多。兩者可以互相影響，相輔相成?！霸趶V州超算中心，原來(lái)做超算和做人工智能的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之前交互不多，隨著近幾年GPU出現(xiàn)以后交互開(kāi)始增多。很多超算中的經(jīng)驗(yàn)可以被人工智能的算法和應(yīng)用借鑒，比如稀疏矩陣、數(shù)據(jù)庫(kù)等已經(jīng)在超算中持續(xù)優(yōu)化多年的領(lǐng)域，可以讓人工智能使用者更方便地使用?！彼f(shuō)。

盧宇彤表示，在應(yīng)用牽引技術(shù)發(fā)展的道路上，中國(guó)走得比國(guó)外要早，需求也更多?，F(xiàn)在整個(gè)超算技術(shù)的發(fā)展中，并沒(méi)有哪個(gè)國(guó)家擁有成熟的解決方案。中國(guó)的超算從業(yè)者應(yīng)該抓住發(fā)展的機(jī)會(huì)，形成合力，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，在體系結(jié)構(gòu)和軟件方面有所突破。

值得注意的是，在人工智能與超算共同發(fā)展的過(guò)程中，還有短板需要補(bǔ)齊。中科院計(jì)算所研究員博士生導(dǎo)師、國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心主任張?jiān)迫硎?，人工智能要發(fā)展需要補(bǔ)齊三個(gè)短板，一是人才，二是生態(tài)系統(tǒng)，三是超算應(yīng)用軟件。

對(duì)此，盧宇彤也表示，交叉學(xué)科的人才短板和軟件生態(tài)的構(gòu)建或許會(huì)成為制約未來(lái)發(fā)展的瓶頸。需要大家在軟件生態(tài)構(gòu)建方面改變認(rèn)識(shí)，特別是在基礎(chǔ)處理器和基礎(chǔ)軟件上加大投入。

降低企業(yè)應(yīng)用門(mén)檻

雖然超算已經(jīng)走出科學(xué)計(jì)算的單一領(lǐng)域，但在企業(yè)級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域還處于初級(jí)階段，有很多問(wèn)題需要解決。

盧宇彤透露，經(jīng)過(guò)廣州超算中心這幾年在應(yīng)用方面的拓展，發(fā)現(xiàn)企業(yè)級(jí)用戶的入門(mén)門(mén)檻較高。其中最重要的就是軟件平臺(tái)的搭建，尤其是工業(yè)制造領(lǐng)域，包含仿真、前處理、中間計(jì)算模擬、后處理等環(huán)境，非常復(fù)雜。因此，盡管超算在企業(yè)級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域未來(lái)的需求市場(chǎng)非常龐大，但市場(chǎng)究竟如何發(fā)展還依賴于軟件發(fā)展情況。為此，廣州超算中心去年發(fā)布了“天河星光”云超算平臺(tái)2.0。該平臺(tái)集成基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、高性能與可視化、大數(shù)據(jù)與深度學(xué)習(xí)，以及數(shù)據(jù)快傳、冗余備份、數(shù)據(jù)管理等增值服務(wù)的多元化功能，支持跨軟件、跨領(lǐng)域的耦合工作流，搭建以應(yīng)用為中心的協(xié)同開(kāi)發(fā)、運(yùn)行環(huán)境。

對(duì)此，聯(lián)想數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)集團(tuán)中國(guó)區(qū)方案營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)李煒舉了幾個(gè)聯(lián)想在企業(yè)級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用案例，包括和中國(guó)電力研究院進(jìn)行的電力調(diào)度和用戶使用仿真模擬方面的人工智能應(yīng)用，和中國(guó)大熊貓繁殖基地合作的利用人工智能場(chǎng)景遠(yuǎn)程觀察大熊貓，以及快速人臉識(shí)別，模擬語(yǔ)音在汽車(chē)導(dǎo)航領(lǐng)域的應(yīng)用等。

除軟件平臺(tái)外，降低企業(yè)級(jí)用戶的超算入門(mén)門(mén)檻，還需要降低其操作的復(fù)雜性。聯(lián)想集團(tuán)副總裁、高性能計(jì)算及人工智能事業(yè)部總經(jīng)理Madhu Matta表示，聯(lián)想提供的整套人工智能解決方案可以讓算法和開(kāi)發(fā)、應(yīng)用程序更加地簡(jiǎn)單。聯(lián)想為此整合了所有工具和生態(tài)系統(tǒng)中產(chǎn)業(yè)鏈的所有合作方，讓客戶只需要面對(duì)聯(lián)想就可以按照自己的需求，在云端和本地輕松部署人工智能解決方案。Madhu強(qiáng)調(diào)其中的重點(diǎn)是協(xié)同，使所有的軟件在硬件之上協(xié)同應(yīng)用，方便用戶可以迅速搭建起深度學(xué)習(xí)的能力。

“目前我們?cè)谌斯ぶ悄芊矫娴墓ぷ髑鍐畏浅ＶL(zhǎng)，包括在巴塞羅那用AI算法來(lái)做癌癥的診斷和治療，還有水利及制造業(yè)的質(zhì)量控制。我們的目標(biāo)是成為一個(gè)端到端的方案供應(yīng)商，為用戶提供工具，幫助用戶快速地開(kāi)發(fā)出算法?！盡ahdu說(shuō)。

在研發(fā)上，聯(lián)想已投入12億美元，分別在美國(guó)莫里斯維爾、德國(guó)斯圖加特和北京建立了三個(gè)新的人工智能創(chuàng)新中心，并依靠一支由業(yè)界一流專(zhuān)家組成的AI研發(fā)團(tuán)隊(duì)，全面發(fā)展面向行業(yè)的人工智能系統(tǒng)。同時(shí)，聯(lián)想通過(guò)控股、參股的方式，進(jìn)一步加強(qiáng)與各領(lǐng)域合作伙伴的密切聯(lián)系。在硬件層面繼續(xù)加深與Intel、NVIDIA、Mellanox等廠商的合作；在軟件層面主動(dòng)開(kāi)放生態(tài)系統(tǒng)，吸引主流軟件廠商加入聯(lián)盟。在應(yīng)用層面，聯(lián)想創(chuàng)投投資了Face++、銀河水滴科技等有潛力的科技創(chuàng)新公司，力爭(zhēng)打造HPC+AI的完整生態(tài)圈?；顒?dòng)當(dāng)天，聯(lián)想正式發(fā)布了自主研發(fā)的AI產(chǎn)品家族，其中包括專(zhuān)為HPC和AI優(yōu)化的全新人工智能服務(wù)器Think System SR670、Think System HG680、Think System HG690；全新的LiCO GENE Edition；此外，聯(lián)想還推出第三代溫水水冷解決方案“海王星”系統(tǒng)，其中包括Direct-to-Node溫水水冷技術(shù)、后門(mén)熱交換器、以及由空氣和液體冷卻組成的混合冷卻技術(shù)，使數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行效率提升高達(dá)50%。