科研少不了自主高性能計(jì)算機(jī),軟件應(yīng)用需發(fā)力

9月14日，中科院遺傳所與聯(lián)想數(shù)據(jù)中心相關(guān)人員在北京舉辦了一場(chǎng)小型溝通會(huì)，希望在高性能計(jì)算領(lǐng)域，科研界與產(chǎn)業(yè)界能架起更為緊密的橋梁。

“我們的日常工作以計(jì)算為主，分析生物大數(shù)據(jù)，沒(méi)有高性能的計(jì)算機(jī)群來(lái)支撐的話，整個(gè)工作沒(méi)有辦法開(kāi)展?！敝锌圃哼z傳所博士生導(dǎo)師梁承志如此介紹高性能計(jì)算對(duì)現(xiàn)代生物信息學(xué)研究的重要性。今年五月份，在國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物《Nature》上，梁承志課題組首次揭示了小麥A基因組序列精細(xì)圖譜，其實(shí)驗(yàn)過(guò)程中涉及大量的生物數(shù)據(jù)計(jì)算分析。

聯(lián)想數(shù)據(jù)中心中國(guó)區(qū)方案營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)李煒表示，中國(guó)企業(yè)目前基本上可以補(bǔ)全高性能計(jì)算機(jī)硬件領(lǐng)域所有空白點(diǎn)，無(wú)論性能是否足夠好，國(guó)內(nèi)已經(jīng)可以做了。但是在軟件領(lǐng)域國(guó)內(nèi)很多地方是空白，中國(guó)需要世界級(jí)工業(yè)軟件公司。

科研少不了自主高性能計(jì)算機(jī)

HPC是高性能計(jì)算機(jī)群的簡(jiǎn)稱，是執(zhí)行一般個(gè)人電腦無(wú)法處理的大資料量與高速運(yùn)算的電腦，運(yùn)算力更為強(qiáng)大的被稱之為超級(jí)計(jì)算機(jī)。氣候氣象、海洋、航空航天、生物、材料、高能物理、藥物、生命科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展都少不了它，高性能計(jì)算機(jī)曾為天宮系列衛(wèi)星路徑預(yù)測(cè)、國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919精細(xì)數(shù)值模擬立下汗馬功勞。

梁承志在接受《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者采訪時(shí)表示，2000年左右生物信息學(xué)科開(kāi)始起步發(fā)展，呼喚更多研究人才。加之少年時(shí)代對(duì)于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)烈興趣，自己所在的群體遺傳的分析又需要最新的方法、技術(shù)，最終選擇了遺傳學(xué)和生物信息的交叉領(lǐng)域。

1995年梁承志于中科院遺傳所獲得遺傳學(xué)博士學(xué)位，而在2001年，梁承志在加拿大Waterloo大學(xué)又獲得數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士學(xué)位。實(shí)現(xiàn)了從生物學(xué)到計(jì)算機(jī)科學(xué)的跨越，主要研究方向是基因組學(xué)和生物信息分析，這也成為梁承志學(xué)術(shù)生涯最重要的選擇之一。梁承志于《Nature》所刊發(fā)的文中，繪制了小麥A基因組序列精細(xì)圖譜，可以加速栽培小麥的遺傳改良和分子設(shè)計(jì)育種。

在研討會(huì)上，梁承志表示，生物大數(shù)據(jù)有著 “三高”的特征：高復(fù)雜性、高不確定性和高維度。這就導(dǎo)致了計(jì)算量的復(fù)雜，需要高性能計(jì)算機(jī)集群。如果沒(méi)有高性能集群支撐的話，對(duì)數(shù)據(jù)的分析是沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)閿?shù)據(jù)量太大，對(duì)存儲(chǔ)和計(jì)算都有很高的要求。

“以前我們做生物研究，相對(duì)來(lái)講實(shí)驗(yàn)為主，做實(shí)驗(yàn)過(guò)程漫長(zhǎng)，花費(fèi)很高，積累數(shù)據(jù)量有限?，F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣吡?，十年前你要做?shí)驗(yàn)可能要花費(fèi)一年，現(xiàn)在一個(gè)月或者一周，甚至一兩天就做完了?！?梁承志指出，現(xiàn)在我們得到了越來(lái)越多的數(shù)據(jù)，通過(guò)生物信息學(xué)的方法和分析過(guò)程，可以產(chǎn)生更多規(guī)律性的東西。

梁承志指出，隨著生物信息技術(shù)的爆發(fā)，高性能計(jì)算力的提升更為迫切。其同時(shí)指出，科研及其他高精尖技術(shù)研發(fā)的特殊性決定了安全性上的保證更為重要。

軟件應(yīng)用需發(fā)力

在中科院遺傳所的一處小小的機(jī)房所在地，一位科研人員介紹，中科院和聯(lián)想合建的計(jì)算機(jī)集群，16年之間在這里不斷更換，更新到了現(xiàn)在第四代深騰8810。計(jì)算力也從當(dāng)時(shí)的萬(wàn)億次，提升了千萬(wàn)億次，提升了千倍。

深騰8810高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

回顧歷史，我國(guó)高性能計(jì)算機(jī)確實(shí)實(shí)現(xiàn)了迅猛發(fā)展。1983年，我國(guó)“銀河Ⅰ號(hào)”的運(yùn)算速度達(dá)每秒1億次，同時(shí)標(biāo)志著我國(guó)巨型計(jì)算機(jī)研制成功。2002年8月，聯(lián)想研制成功了深騰1800超級(jí)計(jì)算機(jī)，實(shí)際運(yùn)算速度超過(guò)萬(wàn)億次。這是中國(guó)超算系統(tǒng)首次進(jìn)入全球TOP500，排名第43位。

新華社報(bào)道，在2017年新一期的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中，中國(guó)超算“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”連續(xù)第四次分列冠亞軍。

不過(guò)，“跑”得快、性能好的國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)，在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用落地上仍需發(fā)力。李煒對(duì)《每日新聞?dòng)浾摺方榻B，性能上我國(guó)產(chǎn)品已經(jīng)足夠好，但國(guó)產(chǎn)的高性能集群應(yīng)用領(lǐng)域比較窄，硬件之外，需要軟件層面的升級(jí)。

在高性能集群最早誕生的時(shí)候，最大的技術(shù)挑戰(zhàn)在于計(jì)算能力的損耗。李煒解釋?zhuān)粋€(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)是兩萬(wàn)億次，一百個(gè)節(jié)點(diǎn)是兩百萬(wàn)億次，但計(jì)算的時(shí)候不能做到一加一等于二，會(huì)有能量的損耗。牛頓的能量轉(zhuǎn)化定律決定了，現(xiàn)實(shí)狀況下不可能實(shí)現(xiàn)理想狀態(tài)下的能量轉(zhuǎn)化的話，計(jì)算力轉(zhuǎn)化就有流失，這就要靠軟件。

梁承志對(duì)生物信息研究領(lǐng)域所面臨的瓶頸進(jìn)行了介紹。其表示，生物數(shù)據(jù)復(fù)雜性的特點(diǎn)使得其對(duì)軟件的要求越來(lái)越高，目前很多軟件能力比較弱。市場(chǎng)上現(xiàn)在生物信息的軟件比十年前好太多了，但總的來(lái)講，生物信息學(xué)分成不同的小的領(lǐng)域，每個(gè)小的領(lǐng)域的軟件大家都是各做各的，還沒(méi)有真正的好的融合，這需要一個(gè)過(guò)程。梁承志這樣表達(dá)目前所遇到的阻礙，希望在HPC軟件應(yīng)用生態(tài)上更為協(xié)同完善。

中國(guó)有華為、聯(lián)想等這些大的硬件企業(yè)，也有阿里巴巴、百度這樣的互聯(lián)網(wǎng)巨頭，現(xiàn)在中國(guó)更需要世界級(jí)的工業(yè)軟件公司。李煒指出，聯(lián)想當(dāng)時(shí)做集群的時(shí)候，已經(jīng)自己開(kāi)發(fā)了集群調(diào)優(yōu)并行軟件，特別是數(shù)學(xué)計(jì)算、遺傳、物理、氣象等領(lǐng)域里有專(zhuān)項(xiàng)團(tuán)隊(duì)在做算法開(kāi)發(fā)，努力保證集群效率做到更高。

華金證券在研究報(bào)告中指出，從高性能計(jì)算機(jī)應(yīng)用機(jī)構(gòu)來(lái)看，HPC 應(yīng)用正在從政府、研究機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向商用，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)漸漸成為HPC 應(yīng)用的主戰(zhàn)場(chǎng)。這主要得益于人工智能研發(fā)對(duì)高性能計(jì)算需求的增加，隨著互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新興負(fù)載的出現(xiàn)，有望改變高性能計(jì)算軟件應(yīng)用的短板。