海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室舉辦超算圓桌論壇。 　　資料圖片

海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室高性能科學(xué)計(jì)算與系統(tǒng)仿真平臺展廳。 　　資料圖片

海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室高性能科學(xué)計(jì)算與系 統(tǒng)仿真平臺工作人員正在進(jìn)行測算。 　　資料圖片

海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室高性能科學(xué)計(jì)算與系統(tǒng)仿真平臺工作人員正在進(jìn)行測算。 　　資料圖片

10月18日至20日，由中國計(jì)算機(jī)學(xué)會主辦，中國計(jì)算機(jī)學(xué)會高性能計(jì)算專業(yè)委員會、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室(以下簡稱“海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室”)、中國海洋大學(xué)、國家超級計(jì)算濟(jì)南中心共同承辦，北京并行科技股份有限公司協(xié)辦的第十四屆全國高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會在青島國際會展中心舉行。

年會以“HPC+一切皆可計(jì)算”(HPC指高性能計(jì)算)為主題，秉承“超算驅(qū)動、協(xié)同創(chuàng)新、合作共贏、引領(lǐng)未來”的宗旨，促進(jìn)人工智能、大數(shù)據(jù)、超算的協(xié)同創(chuàng)新，迎接當(dāng)今產(chǎn)業(yè)發(fā)展新機(jī)遇。海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室邀請了多位專家，分別圍繞超算與智慧未來、透明海洋、深藍(lán)大腦、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、國產(chǎn)E級、穿越時(shí)空、海洋量子7個(gè)版塊深入探討，就促進(jìn)信息化與海洋科研領(lǐng)域深度融合方面的最前沿科研成果充分交流。

超算與智慧未來

■中國科學(xué)院院士、海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室主任委員會主任吳立新

■海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室超算平臺主任、中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院院長魏志強(qiáng)

互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的深度融合是大勢所趨，也是山東這樣一個(gè)制造大省和海洋大省在新舊動能轉(zhuǎn)換方面的重要組成部分，對未來社會發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

圍繞國家在人工智能、大數(shù)據(jù)、智能制造等領(lǐng)域的布局，各個(gè)城市均從技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)集聚、國際合作等多個(gè)方面積極規(guī)劃。山東省立足實(shí)體經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，圍繞未來海洋、城市、鄉(xiāng)村、家庭、企業(yè)、健康等領(lǐng)域需求，發(fā)展人工智能技術(shù)，打造特色鮮明、智能領(lǐng)先、引領(lǐng)未來的互聯(lián)網(wǎng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)，建設(shè)智慧未來世界大會、智慧未來研究院和智慧未來產(chǎn)業(yè)集群。

智慧未來世界大會將逐步形成具有品牌影響力、規(guī)�；�、制度化、持久性的國際產(chǎn)、學(xué)、研大會，全力打造人工智能、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的高端交流平臺。

智慧未來研究院旨在打造立足國產(chǎn)自主技術(shù)的大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、智能軟件、安全服務(wù)的技術(shù)研究中心，瞄準(zhǔn)智慧未來前沿技術(shù)，組建國際一流科研隊(duì)伍，立足智能理論研究，開展國產(chǎn)智能芯片研發(fā)，推動智能終端設(shè)備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

智慧未來產(chǎn)業(yè)集群將圍繞國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，立足山東優(yōu)勢和本土特色，依托山東省優(yōu)勢科研機(jī)構(gòu)群、家電電子優(yōu)勢企業(yè)群、制造優(yōu)勢企業(yè)群和駐魯央企優(yōu)勢企業(yè)群，在未來海洋、未來城市等六大領(lǐng)域打造智慧未來產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心，構(gòu)建特色鮮明、集聚效益突出、影響力重大的未來產(chǎn)業(yè)集群，共同打造智慧未來共同體。

在未來社會，一切皆計(jì)算，一切皆智慧。以未來世界大會影響全球、以未來研究院匯聚智力、以未來產(chǎn)業(yè)集群驅(qū)動新舊動能轉(zhuǎn)換，將有力推動山東人工智能產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)快速高質(zhì)量發(fā)展，并將惠及城市、鄉(xiāng)村、家庭、交通、制造及醫(yī)療等方方面面。

超算與透明海洋

■中國海洋大學(xué)教授張紹晴

■海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室海洋動力過程與氣候功能實(shí)驗(yàn)室副主任、中國海洋大學(xué)教授陳朝暉

“透明海洋”大科學(xué)計(jì)劃旨在建立海洋立體觀測系統(tǒng)，獲取海洋環(huán)境綜合信息，建立預(yù)測系統(tǒng)，掌握海洋環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)海域“看得清、查得明、報(bào)得準(zhǔn)”。該計(jì)劃針對特定海區(qū)，實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)獲取和評估不同空間尺度的海洋環(huán)境信息，研究其多尺度變化及氣候資源效應(yīng)機(jī)理，并以此為基礎(chǔ)，預(yù)測未來特定一段時(shí)間內(nèi)海洋環(huán)境、氣候及資源的時(shí)空變化。在信息化時(shí)代，“透明海洋”將與大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”“人工智能2.0”等國家和區(qū)域重大戰(zhàn)略深度融合，并肩助力超算中心建設(shè)，提升我國在海洋環(huán)境觀測預(yù)測方面的科研能力。

“透明海洋”大科學(xué)計(jì)劃已經(jīng)取得了一系列豐碩成果。在該項(xiàng)目支撐下，海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室憑借其自有的全球海洋領(lǐng)域最快超級計(jì)算機(jī)，聯(lián)合美國國家大氣研究中心、美國地球流體動力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心和澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織等世界領(lǐng)先海洋機(jī)構(gòu)，以10公里的精度計(jì)算了未來500年全球海洋氣候演化過程，向全世界提出了中國方案，發(fā)出了中國聲音。海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室率先以3公里超高精度，實(shí)現(xiàn)了對我國海上絲綢之路的“兩洋一海”區(qū)域未來15天的海況與大氣每日常態(tài)化預(yù)報(bào)。這為遠(yuǎn)洋航運(yùn)和漁業(yè)捕撈提供了精準(zhǔn)的信息支持，對保障海洋戰(zhàn)場環(huán)境意義十分重大。

在近海生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面，依托“透明海洋”大科學(xué)計(jì)劃，能夠更為有效地開展海洋生態(tài)環(huán)境演變、海洋資源可持續(xù)利用、重大生態(tài)災(zāi)害模擬等研究，更加精細(xì)化地預(yù)報(bào)滸苔、赤潮等生物災(zāi)害以及臺風(fēng)、干旱等自然災(zāi)害。在海洋生物資源方面，分析重構(gòu)水產(chǎn)大數(shù)據(jù)，構(gòu)建海洋牧場生態(tài)評價(jià)系統(tǒng)和漁業(yè)捕撈服務(wù)系統(tǒng)，也為海水養(yǎng)殖的智能預(yù)警、精準(zhǔn)調(diào)控、智慧管控提供幫助和指導(dǎo)。

超算與深藍(lán)大腦

■海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室超算平臺主任、中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院院長魏志強(qiáng)

■海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室超算平臺副主任賈東寧

隨著大數(shù)據(jù)的匯集、理論算法的革新和計(jì)算能力的跨越式提升，人工智能技術(shù)進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期，不僅為科學(xué)技術(shù)研究創(chuàng)造了新的可能性，也成為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的新引擎，在各個(gè)領(lǐng)域開始發(fā)揮它的神奇威力。

從機(jī)器視覺、語音識別、人臉識別等基礎(chǔ)性應(yīng)用技術(shù)，到人機(jī)博弈、語音交互、機(jī)器翻譯等專業(yè)應(yīng)用技術(shù)，再到無人駕駛、智能制造、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)、智能交通、智能家居等綜合應(yīng)用技術(shù)，人工智能滲透到生活的各個(gè)角落，將徹底改變我們的工作和生活方式。

隨著腦科學(xué)和人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以類腦智能為代表的新一代人工智能技術(shù)逐漸綻放光芒。它更側(cè)重于以超級計(jì)算機(jī)技術(shù)利用神經(jīng)形態(tài)計(jì)算來模擬腦功能，通過將人腦的內(nèi)部機(jī)理融入機(jī)器系統(tǒng)，提高機(jī)器的認(rèn)知、學(xué)習(xí)和控制能力，進(jìn)而產(chǎn)生更深度的交叉與合作，成為人工智能開發(fā)研究的新平臺。

海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室基于自身計(jì)算能力和數(shù)據(jù)優(yōu)勢，將人工智能技術(shù)與海洋科學(xué)研究工作深度融合，全力打造“深藍(lán)大腦”，以海洋各領(lǐng)域?yàn)檠芯繉ο�，以人工智能為技術(shù)核心，全方位匯集海洋感知數(shù)據(jù)和領(lǐng)域信息，通過在海量數(shù)據(jù)信息中歸納和演繹海洋數(shù)據(jù)模型，將傳統(tǒng)的海洋知識從被動發(fā)現(xiàn)變?yōu)橹鲃影l(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的專家經(jīng)驗(yàn)建模到機(jī)器學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。未來的“深藍(lán)大腦”將面向浩瀚海洋，實(shí)現(xiàn)從機(jī)器智能向類腦智能的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)從機(jī)器學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)再到自主學(xué)習(xí)的跨越，從而在信息處理機(jī)制上類腦、認(rèn)知行為和智能水平上類人，使機(jī)器擁有人類認(rèn)知能力及協(xié)同機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對未來透明海洋系統(tǒng)的智能自驅(qū)動、自發(fā)現(xiàn)和自演進(jìn)。這是“深藍(lán)大腦”進(jìn)化的必由之路，也是海洋科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要途徑。

超算與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

■齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)黨委書記王英龍

■國家超級計(jì)算濟(jì)南中心副主任潘景山

超算互聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代科研高效集約化利用計(jì)算資源的產(chǎn)物。然而，超算中心因“功耗墻”和設(shè)計(jì)復(fù)雜性等原因，在垂直方向上升級越來越困難，而現(xiàn)有基于互聯(lián)網(wǎng)、教育科研網(wǎng)等高延遲、低帶寬傳輸效率的網(wǎng)絡(luò)也越來越不能滿足用戶日益增長的高效計(jì)算資源供給需求，所以必須利用高速、低延遲、高帶寬利用率的專用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通各個(gè)超算中心，由此產(chǎn)生了超算互聯(lián)網(wǎng)和國家分布式超算中心的必然需要。

海洋研究需要對巨大的數(shù)據(jù)量、眾多的數(shù)據(jù)源以及異類的數(shù)據(jù)集調(diào)查、觀測、計(jì)算，并對海洋大數(shù)據(jù)進(jìn)行快速交互與分析處理�；�于超算互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)示范系統(tǒng)，我們已把國家超算濟(jì)南中心、無錫中心、海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室超算中心互聯(lián)互通，組建成為超算大科學(xué)裝置群，其目的就是為了服務(wù)于全球海洋系統(tǒng)模擬器的建設(shè)。

2017年11月，海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室已與國家超級計(jì)算無錫中心、國家超級計(jì)算濟(jì)南中心簽署共建戰(zhàn)略協(xié)議，通過構(gòu)建國際超算大科學(xué)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，有效整合區(qū)域和全球超算中心服務(wù)能力，共同服務(wù)于國際超大規(guī)模協(xié)同計(jì)算任務(wù)。

同時(shí)，海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室與中國電信、中國教育網(wǎng)簽署合作協(xié)議，共建交互性強(qiáng)、覆蓋面廣、反饋迅速、資源豐富的超算互聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施，打造國際海洋領(lǐng)域的“超級大腦”。

通過超算大科學(xué)裝置群、超算互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高效計(jì)算與數(shù)據(jù)資源供給，加強(qiáng)超算生態(tài)建設(shè)，全力打造超級計(jì)算和人工智能生態(tài)圈。

超算互聯(lián)網(wǎng)作為打造海洋深藍(lán)大腦的動脈網(wǎng)，對實(shí)施透明海洋、深海極地、藍(lán)色生命等大科學(xué)計(jì)劃以及實(shí)施推進(jìn)健康中國戰(zhàn)略意義重大，對促進(jìn)國內(nèi)外科技合作、提升我國的科技競爭力，具有重要的支撐作用。

超算與國產(chǎn)E級

■中國科學(xué)院計(jì)算所研究員、中國計(jì)算機(jī)協(xié)會高性能計(jì)算專委會秘書長張?jiān)迫?/p>

■國家超級計(jì)算濟(jì)南中心主任楊美紅

E級超算是指每秒可進(jìn)行百億億次數(shù)學(xué)運(yùn)算的超級計(jì)算機(jī)，被全世界公認(rèn)為“超級計(jì)算機(jī)界的下一頂皇冠”。目前，中國、美國、日本和歐盟均提出研制百億億次計(jì)算機(jī)計(jì)劃，人類將進(jìn)入E量級計(jì)算時(shí)代。

我國超算歷經(jīng)高性能計(jì)算機(jī)及核心軟件、高效能計(jì)算機(jī)與網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境、高效能計(jì)算機(jī)及應(yīng)用服務(wù)環(huán)境、高性能計(jì)算4個(gè)五年計(jì)劃，超級計(jì)算機(jī)研制、應(yīng)用研發(fā)、環(huán)境建設(shè)等方面都取得重大進(jìn)展。中國在超算應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展讓人驚嘆，在高性能計(jì)算技術(shù)特別是應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展勢頭非常強(qiáng)勁。

在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持下，國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心聯(lián)合國家超級計(jì)算濟(jì)南中心等團(tuán)隊(duì)經(jīng)過兩年多的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和突破，研制成功神威E級原型系統(tǒng)，并在國家超級計(jì)算濟(jì)南中心完成部署并投入使用。但E級計(jì)算生態(tài)建設(shè)之路才剛剛起步，透明海洋、藍(lán)色生命、深藍(lán)大腦等大科學(xué)問題為海洋E級計(jì)算生態(tài)建設(shè)提供支點(diǎn)、要地和主戰(zhàn)場。

當(dāng)前的E級超算研發(fā)與建設(shè)主要面臨3個(gè)挑戰(zhàn)：一是需要研究如何降低功耗，實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算。E級超級計(jì)算機(jī)需要將功耗控制在30兆瓦左右，目前已經(jīng)不能單純依靠更換線圈來實(shí)現(xiàn);二是必須增強(qiáng)元器件的可靠性，保障長期健康高效運(yùn)轉(zhuǎn)。E級超級計(jì)算機(jī)可能有上億個(gè)部件同時(shí)運(yùn)行，任何一個(gè)部件出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致E級超算停機(jī);三是需要提高可擴(kuò)展能力。

隨著我國超級計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，超算的應(yīng)用領(lǐng)域正逐漸拓寬，從國家安全、氣候氣象預(yù)報(bào)、深空/深海/深地探測等國家戰(zhàn)略領(lǐng)域，到互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、基因測序、金融計(jì)算、先進(jìn)制造、智慧海洋等領(lǐng)域，成為促進(jìn)基礎(chǔ)科學(xué)研究和重大技術(shù)攻關(guān)的重要手段。

超算與穿越時(shí)空

■中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所研究員安芷生

■中國科學(xué)院院士、海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室主任委員會主任吳立新

■中國海洋大學(xué)博士后顧思凡

用地球氣候模式模擬并與古氣候觀測資料相結(jié)合，對理解氣候變化、驗(yàn)證現(xiàn)代氣候模式以及預(yù)測未來地球氣候變化至關(guān)重要。例如，從末次盛冰期(約21000年前)到工業(yè)革命前，大氣二氧化碳含量增加了50%，全球平均增暖3至5攝氏度，海平面升高近120米。這些氣候變化的巨大信號為驗(yàn)證當(dāng)代氣候模式和理解氣候變遷提供了一個(gè)絕佳的研究對象。

氣候模擬的發(fā)展很大程度上依賴于計(jì)算資源。過去由于計(jì)算資源的限制，氣候模式通常只能對古氣候做短期的切片模擬或非同期耦合試驗(yàn)，無法研究深海環(huán)流的緩慢變化以及與未來氣候變化密切相關(guān)的氣候突變。

近幾年，國際上古氣候模擬又有了新的發(fā)展。例如，為了能進(jìn)一步模擬與古氣候代用資料直接比較的地球同位素，美國俄亥俄州立大學(xué)和美國大氣科學(xué)中心等單位合作在氣候模式上成功加入了多種同位素模塊，并推出了模擬過去21000年來全球同位素與氣候協(xié)同演變的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，德國科學(xué)界也推出了一個(gè)全國性的古氣候模擬計(jì)劃，對最近10萬年來的整個(gè)地球系統(tǒng)冰期—間冰期大旋回進(jìn)行超長期模擬。

我國超算近年突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為超長期古氣候模擬提供了必要條件。今年，海洋試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室及其超算中心與多院校單位進(jìn)行交叉學(xué)科合作，計(jì)劃用包含同位素模塊較高分辨率的地球系統(tǒng)模式，對過去25000年的全球同位素及氣候的演變，進(jìn)行“穿越地球時(shí)空”的第一次超長期模擬實(shí)驗(yàn)，為我國超長期氣候模擬打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

預(yù)計(jì)2020年建成的E級超算中心，將使我國超長期氣候模擬躍上新臺階，使我國超長期模擬向超高分辨率全耦合地球系統(tǒng)模式方向發(fā)展，助力我國地球氣候系統(tǒng)模擬達(dá)到國際領(lǐng)先地位。

超算與海洋量子

■中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院副院長顧永建

■中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授郭國平

量子信息是量子物理與信息科學(xué)的結(jié)合，以量子態(tài)為基本單元，開發(fā)遵從量子力學(xué)規(guī)律的量子器件，基于量子力學(xué)規(guī)律實(shí)現(xiàn)信息的傳輸、存儲、處理和操控。目前，量子信息科學(xué)正在迅猛發(fā)展，“墨子號”量子科學(xué)衛(wèi)星升空運(yùn)行，京滬量子通信干線建成開通，量子計(jì)算機(jī)研制取得突破，量子信息技術(shù)正在邁向?qū)嵱没�和產(chǎn)業(yè)化。

量子信息包括量子計(jì)算、量子通信和量子測量。量子計(jì)算是一種全新的超級計(jì)算形態(tài)，它和機(jī)器學(xué)習(xí)固有的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)之間存在天然的結(jié)合可以帶來機(jī)器學(xué)習(xí)效率的大幅提升。因此，量子計(jì)算在氣候預(yù)測、海洋動力過程模擬、海洋藥物開發(fā)等領(lǐng)域大有用武之地。量子通信是利用量子糾纏效應(yīng)傳遞信息的一種新型通信方式，能夠?qū)崿F(xiàn)海洋大容量數(shù)據(jù)的安全傳輸。量子測量不同于傳統(tǒng)的聲光電磁測量技術(shù)，測量本身與被測量系統(tǒng)相互影響，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)海洋探測性能大幅度提升，甚至完成原本無法完成的任務(wù)。量子信息技術(shù)為海洋技術(shù)揭開了全新面紗，推動海洋科學(xué)從經(jīng)典物理邁向現(xiàn)代物理。

面對量子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，我們要把握歷史機(jī)遇，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)深度耦合，努力實(shí)現(xiàn)海洋技術(shù)和量子技術(shù)的融合發(fā)展，逐漸形成和發(fā)展壯大海洋量子技術(shù)這一新領(lǐng)域。近期，量子技術(shù)專家和海洋技術(shù)專家一道，將在國產(chǎn)超算系統(tǒng)上部署量子虛擬機(jī)，建立研發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)量子語言、量子程序、量子芯片、量子測控系統(tǒng)和量子人工智能標(biāo)準(zhǔn)的建立，為下一代基于量子技術(shù)的海洋超算做好技術(shù)儲備。

量子信息科學(xué)為現(xiàn)代科學(xué)研究提供了全新的實(shí)驗(yàn)方法和工具，在物理科學(xué)與信息科學(xué)耦合推動下，量子信息技術(shù)必將深刻改變我們的未來。