中國超算：算天算地算人還能算命

中國從上世紀(jì)六七十年代就開始研制超級(jí)計(jì)算機(jī)，近半個(gè)世紀(jì)的攻關(guān)，只是為了實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)算嗎？演變至今的超級(jí)計(jì)算機(jī)都有哪些用處呢？它們是否能實(shí)現(xiàn)人類曾經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)的理想？

算天：盯住每一朵云

2016年獲得“戈登貝爾獎(jiǎng)”提名的應(yīng)用“全球大氣非靜力云分辨模擬”是由中科院軟件所和清華大學(xué)及北京師范大學(xué)聯(lián)合模擬的。

北師大全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院教授王蘭寧，是該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員之一。他從上世紀(jì)90年代開始從事氣象預(yù)報(bào)，到后來轉(zhuǎn)型成為大氣分析專家，預(yù)報(bào)天氣的準(zhǔn)確率不斷提升。

“下不下雨關(guān)鍵看云層運(yùn)動(dòng)，在沒有超算之前，觀測(cè)云層的精度是按照經(jīng)緯度。有了超算之后，就可對(duì)云層運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確模擬與觀測(cè)?！?/p>

王蘭寧說，為了提高觀測(cè)精度，他十幾年來一直追逐著超算發(fā)展的腳步。

“如果能夠盯住每一朵云，天氣預(yù)報(bào)就將萬無一失?！蓖跆m寧說，當(dāng)然，這還需要更強(qiáng)的超算能力來支撐。

服務(wù)于霧霾天氣預(yù)警預(yù)報(bào)是超算最近又一新的應(yīng)用領(lǐng)域。

據(jù)悉，天津超算中心研究人員目前正致力于利用“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)服務(wù)于霧霾天氣預(yù)警預(yù)報(bào)，未來3年有望形成全國性霧霾預(yù)警預(yù)報(bào)能力。該系統(tǒng)目前正以河北保定作為試點(diǎn)，預(yù)報(bào)能力已經(jīng)由最初的未來3天逐漸延長到了未來5天，實(shí)用效果不斷提升。

算地：能找飛機(jī)能抓偷排

在“算地”方面，天津超算中心與中石油東方地球物理公司合作，研發(fā)中國自主的石油地震勘探數(shù)據(jù)分析核心軟件，將地下成像速度由過去的三天提高到一天。

在剛剛評(píng)選的世界超算TO P500中,曾經(jīng)六連冠的中國“天河二號(hào)”已淪為世界第二，取而代之的是中國的“神威·太湖之光”。據(jù)悉，“神威”一分鐘計(jì)算能力，相當(dāng)70億人用計(jì)算器不間斷算32年

在自主“天河一號(hào)”和自主石油地震勘探數(shù)據(jù)處理核心軟件的兩個(gè)自主上，他們成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)國外技術(shù)限制的突圍。

除了找飛機(jī)，還有更多接地氣的事情倚仗超級(jí)計(jì)算機(jī)來解決。

建一棟樓對(duì)周邊的環(huán)境到底有什么影響？如何建設(shè)風(fēng)道便于污染物擴(kuò)散？中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院正在國家超算無錫中心進(jìn)行的一項(xiàng)課題，就是深圳市污染物擴(kuò)散的模擬。通過超算模擬，可以根據(jù)目前污染物的情況，計(jì)算出未來一段時(shí)間的大氣污染物濃度和分布，進(jìn)行空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。從預(yù)報(bào)結(jié)果還可以計(jì)算出哪些污染源“貢獻(xiàn)”最大，了解污染的來龍去脈，為污染防控提供決策指導(dǎo)。

還能“算海洋”。不妨以尋找馬航MH370為例，當(dāng)時(shí)的南印度洋一度成為世界科技角力的戰(zhàn)場(chǎng)，大量的衛(wèi)星雷達(dá)集中對(duì)準(zhǔn)它，當(dāng)這些高科技“眼睛”采集到信息后，一個(gè)必經(jīng)的環(huán)節(jié)就是數(shù)據(jù)處理，擔(dān)當(dāng)這一重任的正是超級(jí)計(jì)算機(jī)。

“只要有足夠精確的相關(guān)數(shù)據(jù)，超算就能找到失事飛機(jī)。”清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心副教授黃小猛說。

算人：醫(yī)療應(yīng)用前景廣

模擬血流、模擬心臟、模擬人體任何一個(gè)部位，有了超級(jí)計(jì)算機(jī)，這些都不再是夢(mèng)想。

只要運(yùn)算核夠多、速度夠快，醫(yī)療工作者的診斷和治療水平將大大提升，而科學(xué)的治療手段更容易讓患者接受。

近期，美國科學(xué)家利用世界前十的超級(jí)計(jì)算機(jī)，選取一名真人掃描其血管系統(tǒng)，通過3D建模技術(shù)建立動(dòng)脈系統(tǒng)模型，成功地再現(xiàn)了整個(gè)人體的動(dòng)脈系統(tǒng)。任何直徑或?qū)挾仍?毫米以上的動(dòng)脈血管都會(huì)出現(xiàn)在模型中，而且模型的分辨率達(dá)到了9微米。

過去，對(duì)一個(gè)可能發(fā)生腦梗塞病人，醫(yī)院難以判斷是否要進(jìn)行支架手術(shù)，一般都會(huì)通過從大腿動(dòng)脈處放進(jìn)測(cè)壓導(dǎo)絲進(jìn)行測(cè)量，這種方式既危險(xiǎn)又痛苦。如今，經(jīng)過模擬計(jì)算，只要血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)如果小于0.8，就要做手術(shù)。

中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員陳榮亮表示，該機(jī)構(gòu)正在利用“太湖之光”對(duì)人體血流進(jìn)行模擬與分析，利用這種模擬和分析，可以及時(shí)有效地判定一個(gè)病人是否有發(fā)生腦梗塞的風(fēng)險(xiǎn)。

算命：算你與他人有何不同

美國的IBM超級(jí)計(jì)算機(jī)“沃森”近期宣布，通過對(duì)每個(gè)人2300條最新社交網(wǎng)絡(luò)推文的解讀，應(yīng)用語言學(xué)分析方法歸納總結(jié)你的社交特性，然后將你與其他幾十萬甚至數(shù)百萬用戶進(jìn)行比較，從而勾勒出你與眾不同的個(gè)性。

深圳華大基因研究院曾代表中國參與了“國際千人基因組計(jì)劃”。院長汪建表示，使用“天河一號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)，過去要一年才能完成的500人基因信息關(guān)聯(lián)性分析，現(xiàn)在只需3個(gè)多小時(shí)。

中科院北京基因組研究所在“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”研究上，已走得很遠(yuǎn)。該所研究員章張說，隨著新一代高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)展，測(cè)定個(gè)體基因組的成本已從上世紀(jì)“人類基因組計(jì)劃”時(shí)代的30億美元降到了現(xiàn)今“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”時(shí)代的1000美元以下。而這一切都是基于超級(jí)計(jì)算平臺(tái)對(duì)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的解析。

（《環(huán)球》2016年第21期）