文 | 孟祥飛 國家超級計算天津中心天河應(yīng)用研發(fā)首席科學(xué)家

數(shù)字化、智能化時代背景下，超級計算作為電子信息技術(shù)發(fā)展的前沿引領(lǐng)，不斷驅(qū)動自主信息技術(shù)創(chuàng)新，并以其強大的算力優(yōu)勢，通過數(shù)字化、智能化大力提升全要素生產(chǎn)率，成為構(gòu)筑新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的關(guān)鍵動量。

新質(zhì)生產(chǎn)力的特點是創(chuàng)新，關(guān)鍵在質(zhì)優(yōu)，本質(zhì)是先進生產(chǎn)力。以云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的信息技術(shù)從根本上變革人類科技創(chuàng)新范式和生產(chǎn)生活方式，推動新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命。超級計算機作為中國信息技術(shù)創(chuàng)新突破的代表性成果，歷經(jīng)幾十年發(fā)展，實現(xiàn)了從每秒億次到千萬億次、億億次，再到百億億次的速度突破，系統(tǒng)帶動了包括計算芯片、互聯(lián)通信技術(shù)、基礎(chǔ)操作系統(tǒng)以及應(yīng)用管理軟件的創(chuàng)新，推動構(gòu)建國產(chǎn)自主信息技術(shù)創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈融合發(fā)展格局。

新質(zhì)生產(chǎn)力要高科技、高效能、高質(zhì)量，核心是大幅提升全要素生產(chǎn)率。超級計算在帶動電子信息領(lǐng)域創(chuàng)新突破的同時，通過高性能計算、高效數(shù)據(jù)處理、敏捷人工智能創(chuàng)新，為重大創(chuàng)新突破、傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、綜合治理能力提升等提供強大動力。可以說，超級計算能夠廣泛賦能千行百業(yè)，從裝備制造到航空航天、從油氣能源到新能源新材料、從氣象環(huán)保到韌性城市、從生物醫(yī)藥到醫(yī)療健康等，在大幅提升全要素生產(chǎn)率中扮演著重要角色。

隨著生成式人工智能的發(fā)展，超級計算以單體最強大算力的顯著優(yōu)勢，結(jié)合行業(yè)規(guī)模數(shù)據(jù)和前沿算法，正在創(chuàng)造更多前所未有的應(yīng)用場景，從而引領(lǐng)生產(chǎn)要素的創(chuàng)新性配置，進而重塑生產(chǎn)關(guān)系和勞動方式，對人類生產(chǎn)方式、思想認知、社會治理等帶來了變革性影響。

以超算創(chuàng)新

促進產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

把握新質(zhì)生產(chǎn)力，首先要深刻認識創(chuàng)新在新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展中的主導(dǎo)作用。從科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的一般規(guī)律看，關(guān)鍵環(huán)節(jié)的創(chuàng)新突破將帶來整個創(chuàng)新鏈的發(fā)展。

進入新時代以來，我們在超級計算機、人工智能等領(lǐng)域不斷取得重大戰(zhàn)略創(chuàng)新成果，而基于超級計算領(lǐng)域的異構(gòu)體系架構(gòu)創(chuàng)新，使中國形成了超級計算系統(tǒng)的自主信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)鏈。

例如，“天河”“神威”等超級計算機的創(chuàng)新突破，引育了飛騰、麒麟、海光、曙光、申威等基礎(chǔ)軟硬件與國產(chǎn)高速互聯(lián)通信等信創(chuàng)產(chǎn)品，形成一個涵蓋自主信息技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈體系，構(gòu)建完成自主信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，形成千億規(guī)模的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群，支撐培育新興智能產(chǎn)業(yè)。

圍繞超級計算在先進制造研發(fā)、生物醫(yī)藥、油氣能源、新能源新材料開發(fā)等重大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，中國進一步打造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域數(shù)字化創(chuàng)新鏈。例如，結(jié)合天津“先進制造研發(fā)基地”定位及特色產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，國家超級計算天津中心以天河系列超級計算平臺為載體，在先進制造研發(fā)領(lǐng)域構(gòu)建起“先進材料研發(fā)+先進產(chǎn)品設(shè)計+先進工藝優(yōu)化+先進智能化運維”的數(shù)字化創(chuàng)新鏈。

實踐證明，超級計算技術(shù)的創(chuàng)新突破，推動國產(chǎn)芯片、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)以及應(yīng)用管理軟件等產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，推動創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈深度融合，加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力，在更高水平上促進高質(zhì)量發(fā)展。

以算力發(fā)展

激發(fā)實現(xiàn)二次創(chuàng)新

去年底召開的中央經(jīng)濟工作會議明確提出，要以科技創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，特別是以顛覆性技術(shù)和前沿技術(shù)催生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新動能，發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力。超級計算作為國家科技發(fā)展制高點之一，正在從研究走向應(yīng)用，越來越多地與行業(yè)、場景深度融合，以蓬勃發(fā)展的算力激發(fā)諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)二次創(chuàng)新。

超級計算已廣泛應(yīng)用于航空航天、氣候氣象、人工智能等數(shù)十個領(lǐng)域，成為大到可以計算宇宙形成演化、小到能夠模擬原子組合的“算天、算地、算人”的“國之重器”。

在“算天”方面，超算助力解決氣候氣象與空氣污染等大氣物理、宇宙起源演化等天體物理重大基礎(chǔ)問題，助力推進解決國產(chǎn)大飛機研發(fā)設(shè)計、載人航天工程實施等重大工程問題。

在“算地”方面，超算助力解決油氣能源開發(fā)中地下油藏分布、地下礦產(chǎn)分布的“小地球物理”和地質(zhì)演化等“大地球物理”應(yīng)用難題。

在“算人”方面，超算助力解密人類基因密碼、分子動力學(xué)特征等。同時，大科學(xué)、大工程，特別是可控核聚變、“人造太陽”、深海一號、白鶴灘水電站、港珠澳大橋建設(shè)等取得成就，都離不開超級計算的貢獻。超級計算已成為支撐國家重大戰(zhàn)略需求，解決經(jīng)濟社會發(fā)展重大問題的“超級利器”。

以數(shù)字數(shù)值融合

實現(xiàn)數(shù)據(jù)增值

在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)量和算力呈爆炸性增長勢頭，數(shù)據(jù)已成為驅(qū)動經(jīng)濟社會發(fā)展的關(guān)鍵生產(chǎn)要素，而充分釋放數(shù)據(jù)價值是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的關(guān)鍵路徑之一。數(shù)據(jù)要素的戰(zhàn)略意義不僅在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，還在于對這些含有重要社會和經(jīng)濟價值的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理，也就是在于提高對數(shù)據(jù)的“加工能力”，通過加工實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增值。因此，獲取大數(shù)據(jù)與依托超級計算能力加工大數(shù)據(jù)，成為數(shù)據(jù)要素發(fā)展的核心。

發(fā)展超級計算、推動應(yīng)用創(chuàng)新，我們既可以破解在關(guān)鍵信息技術(shù)領(lǐng)域遭遇的“卡脖子”難題，也能夠在大數(shù)據(jù)、人工智能等方面獲得領(lǐng)先優(yōu)勢。

長期以來，業(yè)內(nèi)形成了通過高性能科學(xué)與工程計算仿真、模擬來實現(xiàn)超算應(yīng)用創(chuàng)新的經(jīng)典模式，其核心在于“計算（數(shù)值）”。然而隨著大數(shù)據(jù)與人工智能發(fā)展，超算作為大規(guī)模數(shù)據(jù)匯集、處理、反饋中樞的作用日益凸顯，“數(shù)據(jù)（數(shù)字）”成為核心。因此，隨著計算范式深度迭代、數(shù)據(jù)范式快速發(fā)展，迫切需要基于超算構(gòu)建數(shù)字數(shù)值融合裝置的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。由于超級計算機架構(gòu)變得日益復(fù)雜化和多樣化，這種融合不僅是能力的融合，而且是多層級設(shè)施、多樣性軟件、跨域性安全策略的系統(tǒng)性融合。

令人欣喜的是，中國科技工作者在上述領(lǐng)域已取得一系列成就。比如，圍繞超算數(shù)字數(shù)值融合裝置，我們實現(xiàn)了“技術(shù)—平臺—應(yīng)用”的系統(tǒng)性突破，構(gòu)建了汽車虛擬碰撞平臺、飛行器數(shù)值風(fēng)洞、數(shù)值發(fā)動機、數(shù)值反應(yīng)堆、數(shù)值抗震裝置等載體，并基于自主創(chuàng)新的“天河—東方石油地震勘探行業(yè)平臺”，推動中國地震勘探處理業(yè)務(wù)向“云化”模式轉(zhuǎn)變，在國際上首次成功實施了“陸上寬頻寬方位高密度地震勘探關(guān)鍵技術(shù)與裝備”等項目，已服務(wù)于東方物探、大慶油田、中原油田等。再比如，“中國材料基因高通量計算融合裝置平臺”，實現(xiàn)多尺度自動流程計算、萬級任務(wù)高并發(fā)等突破，實現(xiàn)材料、物理、裝備工程與計算、數(shù)據(jù)跨領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新，已在合金、電池、催化等材料研發(fā)取得創(chuàng)新成效，并應(yīng)用于核聚變、航天裝備創(chuàng)新等。

以算力算法等融合

支撐生成式AI

近年來，生成式人工智能發(fā)展迅速，正在作為新型生產(chǎn)工具融入社會生產(chǎn)各環(huán)節(jié)。

生成式人工智能以數(shù)據(jù)作為新生產(chǎn)要素、算力作為新基礎(chǔ)能源，通過人機協(xié)同新模式，以“勞動者高技能化、勞動資料智能化、勞動對象多形態(tài)化”促進了勞動者、勞動資料、勞動對象及其優(yōu)化組合的質(zhì)變，推動了生產(chǎn)要素創(chuàng)新性配置和全要素生產(chǎn)率大幅提升。

當(dāng)前，生成式人工智能以自然語言大模型為基礎(chǔ)，通過大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段，使機器具備了模仿、反饋人類思維的能力，將人工智能從“賦能者”提升為（潛在的）“協(xié)作者”，其日益提升的文本生成、數(shù)據(jù)分析、代碼生成、圖像生成等通用生成能力正空前廣泛地滲入生產(chǎn)、教育、工作等場景中，對生產(chǎn)方式、思想認知、社會治理等帶來前所未有的影響。

算力、算法和數(shù)據(jù)是新一代人工智能的基礎(chǔ)支撐，而超級計算在算力、數(shù)據(jù)存儲方面無疑單體最強。2023年5月，國家超算天津中心發(fā)布了百億億級智能計算開放創(chuàng)新平臺和國產(chǎn)中文大模型——天河天元，將超級算力、數(shù)據(jù)和算法融合，打造超算—智算多模態(tài)算力設(shè)施，建立智算服務(wù)體系，以算為媒、以智為介，深入對接各領(lǐng)域，支持各行業(yè)提高應(yīng)用實效、不斷產(chǎn)出重大標志性應(yīng)用成果，共同打造國家級科技創(chuàng)新平臺，有力拓展國產(chǎn)融合算力應(yīng)用生態(tài)，支撐人工智能算力爆發(fā)式增長需求，促進人工智能產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。

天河天元大模型具有生成式智能的文本生成、語音生成、視頻生成全棧能力，已經(jīng)應(yīng)用于港口、海關(guān)、醫(yī)療、政府公共服務(wù)等國計民生重要領(lǐng)域。此外，國家超算天津中心還與有關(guān)方面聯(lián)合研發(fā)公安小智、港口PortGPT、環(huán)保清云、中醫(yī)靈樞等一批專業(yè)模型，它們在應(yīng)用中顯現(xiàn)出良好經(jīng)濟效益和社會治理效能。

今年4月，國家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺正式上線，把全國眾多超算中心連為一體，構(gòu)建起超算算力網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)平臺，打造國家算力底座，支撐新時代國家科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應(yīng)對重大公共應(yīng)急需求。這無疑是中國科技創(chuàng)新和推進高質(zhì)量發(fā)展的一座重要里程碑，是推動新質(zhì)生產(chǎn)力加快發(fā)展的強大引擎。