巴斯夫中国

超级大脑时代

如今,超级计算机拥有快如闪电的分析性能。新一轮技术突破即将来临,潜力巨大。

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关于生命的所有终极答案其实非常简单,那就是:42。在科幻小说《银河系漫游指南》中,超级计算机“深思”用750万年计算出这一答案。

这部科幻小说创作于40年前,和小说里的这台机器不同,当今世界高性能计算机的功用更为实际。例如,在化工领域,超级计算机可用于分子模拟,帮助探索新的活性成分。此外,它们还能提升水资源与能源供应效率,帮助预测传染病疫情与地震,诊断疾病。例如,在IBM“沃森”的帮助下,日本肿瘤科医生终于破解了一位60岁女士身上的怪病之谜。这台超级计算机仅花了10分钟便对比了她的诊断结果和其他数百万次癌症研究数据,就发现这位病人身患一种极其罕见的白血病。基于这位“沃森医生”的分析结果,医师们调整了治疗方案,有效控制住这位患者的病情。

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小机器人Pepper由日本移动通信公司软银开发,在IBM超级计算机“沃森”的技术支持下,Pepper能讲20种语言,甚至还能识别情绪。

超级计算机不断刷新纪录

超级计算机性能强劲,它们搭载着数千个处理器,有望为应对未来挑战提供关键助力。“我们正经历着划时代的变革。”美国计算机科学教授、超级计算机专家Thomas Sterling预测道。Sterling认为,正是由于这种超强的计算能力,超级计算机可以与其他对人类发展具有关键意义的创新相提并论,比如如何取火。这一领域的市场竞争也日趋激烈。特别是中国和美国正在竞相研发高性能计算机。

全球首台超级计算机于1964年诞生于美国,名叫CDC 6600。此后多年,美国一直是这一领域的霸主,但来自中国的超级计算机最近强势崛起。凭借每秒9.3亿亿次(即93,000,000,000,000,000次)的计算速度,“神威·太湖之光”荣登现有超级计算机的榜首(截至2017年11月)。“比方说,我们在进行复杂的气候模拟运算时,如果用计算速度为每秒1千万亿次的机器大概需要一年的时间,而‘神威·太湖之光’却能将工作进度加快近一百倍,帮助我们以全然不同的方式应对气候变化。”Sterling说。在超级计算机排行榜上紧随“神威”的是“天河2号”,其计算性能几乎是来自瑞士的“代恩特峰”(排行第三)的两倍。目前美国最快的超级计算机“泰坦”位列第五。

不过,性能排名只是一个较为简略的参考。单靠出众的计算性能无法解决所有的科学问题。其它关键因素包括储存器容量,以及最重要的编程。当然,若要充分发挥这些超级大脑的作用,计算性能是首要条件。因此,全球的研究者正着力于开发新一代超级计算机:百亿亿次级计算机,即每秒可完成1018次计算。中美两国曾先后表示已经开始生产该原型机。2017年夏季,美国能源部宣布将在未来三年向企业资助2.58亿美元,用于开发百亿亿次级计算机。与此同时,“数字单一市场”(Digital Single Market)委员Andrus Ansip透露,这一领域略有落后的欧盟正计划大力投资,力争在2022年前突破百亿亿次级性能大关,预计实现该目标需要50亿欧元的资金。目前,欧洲各国过于依赖中美等国的超级计算机。据统计,截至2017年春季,欧盟各行业仅提供了高性能计算机约5%的性能,却使用了全球三分之一的资源。日本也正奋力追赶,计划在2018年以“人工智能桥接云基础设施(ABCI)”直接称霸超级计算机排行榜。

“我们正经历着划时代的变革。”

Thomas Sterling
美国印第安纳大学计算机科学系教授

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德国德累斯顿工业大学的高性能计算机独占整个大厅,其计算性能峰值超过每秒1.5千万亿次。

不过,性能排名只是一个较为简略的参考。单靠出众的计算性能无法解决所有的科学问题。其它关键因素包括储存器容量,以及最重要的编程。当然,若要充分发挥这些超级大脑的作用,计算性能是首要条件。因此,全球的研究者正着力于开发新一代超级计算机:百亿亿次级计算机,即每秒可完成1018次计算。中美两国曾先后表示已经开始生产该原型机。2017年夏季,美国能源部宣布将在未来三年向企业资助2.58亿美元,用于开发百亿亿次级计算机。

与此同时,“数字单一市场”(Digital Single Market)委员Andrus Ansip透露,这一领域略有落后的欧盟正计划大力投资,力争在2022年前突破百亿亿次级性能大关,预计实现该目标需要50亿欧元的资金。目前,欧洲各国过于依赖中美等国的超级计算机。据统计,截至2017年春季,欧盟各行业仅提供了高性能计算机约5%的性能,却使用了全球三分之一的资源。日本也正奋力追赶,计划在2018年以“人工智能桥接云基础设施(ABCI)”直接称霸超级计算机排行榜。 

数字产业

数字化转型不断加快,深入到产业价值链的方方面面。本章节将呈现几个案例。

科学家的得力助手

“尤其是在自然科学领域,性能强大的超级计算机已成为一对一模拟分子过程中不可或缺的工具。”来自德国的科学哲学家兼人工智能专家Klaus Mainzer教授说。在多种潜在分子组合方式中,超级计算机可帮助研究者挑选出有望取得新发现或创造新产品的组合。这位具备学习能力的数字助手能进行初步筛选,确保只有最具潜力的物质才能进入实验室。2017年秋季以来,巴斯夫开始使用这一强大的数字助手进行虚拟实验,解答复杂问题。它将获得实用成果所需时间由原先的数月缩减为数日。详见“显微镜下的超级计算机”

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与服务器相连的数据连接线长达数米。

Sterling相信,“化学界的重大难题将推动超级计算机的发展”。他认为这些难题有助于探寻超级计算机技术的极限,然后加以突破。随着模拟等任务中需要通信的数据量不断增加,整个行业越发受制于处理器与储存器之间的瓶颈。“传统冯· 诺依曼计算机架构中的这一瓶颈必须被攻破。”Sterling说。开发者必须转变思路,更为巧妙地整合计算与储存活动。另一项技术已开始从化学过程的基本逻辑中汲取灵感:量子计算机有望开拓认知的新纪元。这种全新维度的超级大脑可同时进行多状态思维,正蓄势待发。

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