“天河二号”超级计算机，以每秒33.86千万亿次的持续浮点运算速度，第四次蝉联“世界冠军”……2014年11月，全球超级计算机TOP 500组织在美国发布的全球超级计算机500强最新排行榜，再次引发业内关注。
大数据时代，对人类的数据驾驭能力提出了全新的挑战。某种程度上，超级计算机已成为衡量一国科技实力的标志。
“天河二号”是国家超级计算广州中心（以下简称广州超算中心）的主机系统。这个全球运行速度最快的“超级大脑”，正在为珠三角的创新开动脑筋：
——广州超算中心正在和广东省的一些家电企业合作，展开数字仿真设计平台研发，提高企业的设计水平，助力企业的转型发展。
——在超级计算机的帮助下，广汽研究院原来需要用时两至三年的新车型设计，可以缩短到5个月完成。
——华大基因利用“天河二号”开展极大规模基因组组装计算，获得了前所未有的效果……
广州超算中心主任袁学锋认为，科技部、广东省、广州市政府、中山大学、番禺区政府花重金建设超级计算中心非常具有战略眼光，它正在成为珠三角产业升级的“发动机”和“倍增器”，将促进粤穗地区和全国的产业升级和爆发式增长。
它有什么用？
算天算地算人，可应用到多个产业
“天河二号”作为广州超算中心的主机，如今它的运用已渗入广州多个产业。目前，广州超算中心正在构建基因筛选和比对的大数据分析平台，这将成为国内相关研究方向的基础学科平台。
一个近3000平方米的大厅里，9列长达十余米的计算机机柜并排而立。这是位于广州大学城中山大学校园内的国家超级计算广州中心。
袁学锋告诉记者，截至目前，广州超算中心已经为国内外400余课题组提供了服务，并取得了显著成效。
“算天，算地，算人”——袁学锋用三个词概括超级计算机的应用：算天，可进行大气、空间和宇宙等研究；算地，可进行地矿、地震、地球深部探测等研究；算人，可进行人类基因、人体健康、药物反应等研究。
“最近，中科院上海药物研究所在‘天河二号’上进行了面向埃博拉病毒的虚拟药物筛选，在一天内完成了对世界上已知结构的4000万分子化合物的筛选工作，这使得天河二号具备了针对未知突发性的病毒，建立快速虚拟药物筛选的能力。”袁学锋说。
“上海药物所还利用‘天河二号’开展了75万个小分子化合物的结合亲和力评估，完成了600多个各类药物的体内外活性测试评价。”通过这一测试评价获得的500多个老药/天然产物/商业化合物，为医治恶性肿瘤、乙肝、糖尿病等重大疾病提供了新药研制的先导化合物信息。
目前，广州超算中心正在构建基因筛选和比对的大数据分析平台，这将成为国内相关研究方向的基础学科平台。
“天河二号”作为广州超算中心的主机，如今它的运用已渗入广州多个产业。
天河二号还适配了广州市电子政务数据管理系统、云盘存储系统等关键业务系统，为广州市电子政务和智慧城市建设搭建了一个高效可靠的承载平台，包括电子政务、电子教育、电子医疗、电子环境、电子灾害预报等业务都将在“天河二号”上实现。
“当前我国面临激烈的国际竞争压力，国内企业产业转型升级的现实情况也很严峻，在这样的背景下，‘天河二号’作为用于云超算科技服务的基础设施意义重大。超算的引进对珠三角将来的产业转型将起到关键作用。”袁学锋说。在他看来，近年来广东加快珠三角大科学工程创新体系建设步伐，积极争取国家重大科技基础设施建设项目落户广东，通过推进重大科技基础设施的建设和应用，加快提升原始创新能力。
它能做什么？
仿真分析工业环境 突破核心技术短板
“天河二号”可为用户提供完整的工业仿真环境。在大数据领域，广州可以说具有了突破核心技术短板的机会，在制造业上能更好地实现创新驱动发展。
广州超算中心的背后，是广州等珠三角城市加快大科学工程创新体系建设步伐，积极争取国家重大科技基础设施建设项目落户，通过推进重大科技基础设施建设应用，加快提升原始创新能力。
珠江西岸先进装备制造产业带规划在今年初出炉，至2017年珠江西岸规模以上装备制造业预计实现产值1.5万亿元。
袁学锋介绍，“天河二号”拥有六大服务平台，其中一个是“装备的全数字设计与制造应用服务平台”。该平台致力于推动装备制造业信息化的发展，为用户提供完整的工业仿真环境，提供对产品设计、工艺设计、加工和装备等产品全生命周期各个阶段进行计算仿真的支持。
“基于模拟仿真的数字化技术可以有效预测产品在真实世界的性能，优化产品设计制造，缩短产品研发周期，实现投资的最大价值。”袁学锋表示。
这样一个案例印证了这一平台的作用：高铁线路中隧道众多、隧道内空间狭小，高速列车穿越隧道时产生瞬态冲击压力，其气压爆波对列车车体、隧道结构、人耳膜和周围建筑存在很大安全隐患。中南大学交通运输学院在天河二号系统上开展了高速列车气动数值计算，模拟了16车重联编组高速列车以每小时300公里车速在2公里隧道内交会等多个工况。
袁学锋认为，目前世界范围内正在酝酿新产业革命，其核心的内容就是如何利用以高性能计算、大数据和云计算为代表的现代信息技术，来实现制造业和实体经济的数字化、网络化和智能化。因此，广州超算中心的工作核心就是利用“天河二号”的云超算平台极大地提高珠三角的生产力和创造力，从而促进我国创新型经济繁荣发展。
目前，广州超算中心正在和广东省的一些家电企业合作，展开数字仿真设计平台研发，提高企业的设计水平，助力企业的转型发展。基于工业大数据，对产品进行寿命控制和可靠性设计，提升产品品质，实现企业的提质性发展。
“传统制造行业的转型升级，对原材料进行改进、开发新型材料就是其中一个重要方面。利用我们的平台可以实现用户对新型材料探索全生命周期的优化设计。以当下热门的3D打印为例，通过对新材料的数字化设计和工艺优化实现材料制造的颠覆性创新，广州超算中心可以为材料和制造方面的高性能计算、材料大数据和云计算提供支撑。”袁学锋说。
广州超算中心常务副主任卢泽新说，拥有了“天河二号”，在大数据领域，广州可以说具有突破核心技术短板的机会。“制造业经过30年的发展已积累了一定的技术基础和研发能力，抓住超算和大数据应用这一机遇，广州完全有可能实现战略性的重点突破、重点跨越，在制造业上实现创新驱动发展。”
目前面临哪些挑战？
认识误区和人才匮乏成发展软肋
“云超算目前还处于萌芽期，市场不发育，在欧美很多国家都是由政府埋单。所以超算要实现商业化，走市场化道路，需要有个培育期。”
“随着科学算法的进步，我们能够模拟的事情越来越多，而且计算量越来越大。”中国工程院副院长、院士徐德龙在考察“天河二号”后如是说。
“超算是连接产业和科学的桥梁，它提供硬件和软件支持，将两者进行有机交叉和结合，实现科技成果向产业转化。”在徐德龙看来，“以‘天河二号’可以打通构建信息化的学科链，孕育新工业革命的产业群。”
卢泽新也认为，“天河二号”最为迫切的任务是把它运用到为经济服务上。在他看来,产业升级方面，大数据的市场发展前景是非常广阔的。珠三角以及港澳地区，均有大量的数据运算需求。以广州地区为例，共有规模以上医药企业86家，产值近180亿元，均拥有极高的药理试验性数据运算需求。
然而超算产业应用普及方面仍面临巨大挑战。
“云超算目前还处于萌芽期，市场不发育，在欧美很多国家都是由政府埋单。所以超算要实现商业化，走市场化道路，需要有个培育期。”袁学锋说。
袁学锋认为，让企业家们能认识到、看到超算能给他们企业带来的改变和提升，积极引导企业用超算是极其重要的。
“一个是认识上的误区。我们有先进的技术和设备，也有很多企业其实都有这方面的需要，但他们没用过云超算，也就不知道用云超算能够形成的竞争优势。满足于在小型服务器上处理数据。另外，很多中小型企业承担市场风险的能力较弱，仍需要政府的扶持。”
“再一个是缺少能驾驭云超算的专业人才。”袁学锋说。
据了解，现在很多企业还不具备使用超算的人才。“超算中心提供硬件和软件平台，若企业内部有会使用超算的人才，推广工作就会顺畅得多。”袁学锋说。
■被超算影响的生活
“天河二号”或将成为“健康管家”
在袁学锋看来，超算涉及的方方面面应用都将会改变我们的生产和生活。利用“天河二号”创新性地开展生命健康管理、提供个性化的医疗服务，构造具有全生命动态信息的数字人，打造针对复杂系统的云超算和大数据创新生态圈是将来超算最有意义的事情。
袁学锋谈到，当我们的生命个体出现问题时，从系统学说的观点来看，认为是人体生理信号调控网络出现了问题，导致疾病的发生。基于社区共识的虚拟人体新陈代谢网络图，利用“天河二号”就可以实现生物大数据对健康管理的应用。“比方说当你在犹豫今天吃不吃这个汉堡包时，这个系统可以根据你一天新陈代谢的数据信息来分析和评判，在对你各项身体指标进行计算的基础上建议你今天该不该吃这个汉堡，实现生命体的健康管理。”
而在个性化医疗服务上，袁学锋列举了个性化腹部动脉肿瘤的三维建模案例。“当我们有了人体器官部位的影像资料后，可以在‘天河二号’上进行数据建模，构造出一个逼真的虚拟器官。在这个平台上我们的手术医生可以清晰、直观地看到这个血管瘤到底长什么样，通过对血管瘤数据进行分析，可以让医生制定合理有效的手术方案。”袁学锋谈到在这个数字建构的虚拟环境下，甚至可以让医生进行人机互动，让医生在实操手术之前进行逼真的手术练习。“这对于一些难度较大、情况较复杂的手术而言，提高它的成功率是有很大帮助的。让医生在术前通过虚拟操作可预计手术当中可能出现的一些状况，制定完备的应对措施。”
数字人是信息科学和生命科学结合点上的一个新的研究领域，通过计算机技术，将人体结构数字化，经过三维重建和虚拟技术的处理，在电脑屏幕上出现看得见的、能够调控的虚拟人体形象。“在医学临床上，当高度掌握计算机融合技术后，在数字人体上精巧的手术模拟将与病人影像现场的采集融为一体，进行理想的虚拟导航手术。而这些影像的处理、数据的分析和建模都可以在‘天河二号’上实现，并通过云技术投送到临床医生的工作台前。”
在袁学锋看来，“天河二号”的这个平台从原子、分子、细胞、个体、群体和生态系统等多个尺度系统地解决生命科学中的各种问题，通过研究不同空间尺度和时间尺度上生命活动与环境的相互关系，解释生命现象的规律和本质。“通过软硬件结合，这个平台可为用户提供集生物信息分析，药物设计和筛选，医学大数据分析和数据挖掘一体化的一站式服务。”
应用领域
●算天，可进行大气、空间和宇宙等研究
●算地，可进行地矿、地震、地球深部探测等研究
●算人，可进行人类基因、人体健康、药物反应等研究
对话
广州超算中心主任袁学锋 云超算产业根本出路是培育市场
南方日报：您提到在每年使用超算50%的情况下，超算一年的电费要花1.3个亿。这么大费用如何维持？
袁学锋：看似很高，事实上若分摊到每一个用户，其实并不高。如按每核小时0.1元计算，在超算中心每天使用10小时与一个四核PC相当的计算资源，用户只花费4元。要发展可持续发展的云超算产业，根本出路仍是培育市场。
南方日报：科技体制改革，科研院所都要下海养活自己，超算可能将来也要实现市场化运营。
袁学锋：无论是中国还是欧美、日本等超算大国，在超算中心商业化的问题上都遇到了困难，几乎所有的超算中心运营都需要政府的财政支持。对于“天河二号”这样庞大的系统来说，如何让它为产业升级服务并且实现商业化，值得持续探索。
南方日报：你希望政府如何扶持超算中心？
袁学锋：政府会制定优惠政策，建立专项扶持资金，鼓励高校和企业利用“天河二号”的云超算平台促进“产学研政金”和“互联网社区创客”的协同创新，加大云超算人才的培养力度，加速创新驱动发展。事实上国家自然科学基金委和广东省、广州市政府的两项联合基金，“超级计算科学应用研究专项”和“大数据科学研究中心专项”较好地解决了高校、科研机构利用“天河二号”的需求。我们超算中心还在推动设立扶持“中小企业和互联网社区创客”在“天河二号”创新、创业的专项基金。
记者观察
大数据时代 “国之重器”应大显身手
大数据技术正在带来一次革命，大数据不仅意味着海量、多样、迅捷的数据处理，更是一种新的生产要素、一种创新资源和一种新的思维方式。大数据可以从产业结构调整、传统制造业升级、商业组织、“互联网+”和“大众创业，万众创新”等方面影响经济增长方式，助推创新驱动发展。
然而大数据与超级计算机又密不可分。“即将到来的大数据时代，更是对人类的数据驾驭能力提出了全新的挑战，运用超级计算机解决大数据时代的重大问题迫在眉睫。”《大数据时代》作者舍恩伯格如是说。
在信息爆炸和科学不断进步的时代里，要推动一个领域继续向前发展，超级计算机的存在必不可少。如今，超级计算机已成为衡量一国科技实力的标志。
大数据技术，绝不仅仅是信息技术领域的变革，更是一种技术性战略资源，它使各种物质生产要素因新技术的介入而提高创新能力，形成内生性增长。从“天河二号”我们也看到大数据技术的巨大威力。
然而自2013年以来，大数据应用基本上还是发散状，并没有形成燎原之势。超算还仅仅用于科研，在提升产业方面还没有显示出更大的成效。
袁学锋说，如果利用天河二号推进网络智能制造，智能制造将从数字制造转变为依托大数据、云服务的协同，共同分享网络协同的运营服务。宽带网络、云计算、3D打印，信息开放获取、交通物流、全球市场等，就能为智能制造创造了全新的自由创造、公平竞争、高效合作的网络创新和制造服务的环境。
因此他们希望，政府对那些有需要的中小企业上机费用进行补助。“只有当超级计算机的能力为社会广泛应用时，人人可以公平自由参与、竞争合作、创造分享的一种全新方式，大数据时代才能发挥它应有的作用。”
原文链接：http://epaper.southcn.com/nfdaily/html/2015-06/16/content_7439239.htm
