广州“天河二号”超级计算机的应用模式研究

 

　　当前，信息技术与多领域融合正引发新一轮产业革命。广州市委、市政府审时度势，于2011年成功申报了国家超算中心项目，并大力推动超级计算机“天河二号”落户广州。目前广州超算中心已成为广东最大的高科技基础设施，“天河二号”实现了世界最快超算“六连冠”，并建设了数字制造等6个云超算平台，为区域创新以及智能制造、生物医疗等新兴产业加速发展发挥了重要作用，逐渐成为广东科技创新的新引擎。广东部分支柱传统产业发展疲态渐显，先进装备制造等新增长点正在孕育但规模尚不够壮大。在新旧增长动力转换的关键时刻，应进一步发挥“天河二号”的支撑带动作用，助高端装备制造、生物医疗、新材料、新能源等新兴产业和“互联网+”新业态实现“超速度”发展。

 

 

　　超级计算机集高性能计算、大数据分析和云计算于一体，是当今全球国家创新体系的重要组成部分和世界各国争夺的战略制高点。以超级计算机为支撑的互联网应用正加速向各个领域渗透。

 

　　(一)超级计算机是基础科学创新和重大技术攻关的重要手段。超级计算机是物理、化学、新材料等原始理论创新的主要研究平台，更是微观粒子等基础科学研究的唯一平台。美日等国利用超级计算机在超材料、基因工程、新能源等众多领域已取得了大量科技突破，科研成果在众多新兴产业领域产生了深远影响。我国的载人航天、“两弹一星”等科技进步也离不开超算的支持。

 

　　(二)超级计算机是“加速”企业科技创新的重要工具。超级计算机是使“互联网+”动力更充足的新引擎，是企业实现技术创新、提高生产率和竞争力的重要工具。据《美国国家科学院工程技术委员会报告》统计，与普通计算机应用相比，使用超级计算机可显著加快生产速度和提高经济效益，助企业实现产品研发周期缩短30%-60%，工程成本降低13%-30%，产品产出率增加25%等。

 

　　(三)超级计算机是吸引高端产业和优秀人才集聚的重要平台。超级计算机有较强的产业支撑、功能承载和创新引领能力，能吸引高端产业和创新资源集聚。天津的“天河一号”比广州的“天河二号”早4年研制成功，天津市依托“天河一号”已吸引了一大批云计算、智能装备、影视制作等企业落户超算中心周边，聚集了大量高端科技领军人才，生物医药国际创新园、国家新媒体产业园等众多园区相继崛起。目前“天河一号”所在的天津滨海新区已成为京津冀地区自主创新和高新技术研发的高地之一。

 

 

　　广州超算中心围绕产业转型升级需要，以“天河二号”超级计算机为依托，大力促进高性能计算、大数据和云计算应用与多学科、多领域的深度融合及应用转化，逐步形成了超算应用的“6+X”模式，即六大应用服务平台+不断拓展的科技服务，为解决广东基础科技创新和重大技术攻关提供了重要抓手，助推“互联网+”新产业、新业态加速发展。

 

　　(一)以“装备的全数字设计与制造平台”加速高端装备制造等产业发展壮大。广州超算中心通过该平台为用户提供产品设计、加工和装配等全生命周期仿真支持，助装备制造将从数字制造转变为依托高性能计算、大数据、云服务协同运行的更智能化制造;目前已支撑了商用大飞机、高铁、新型汽车等研发。其中中国商用飞机设计公司通过广州“天河二号”开展飞机气动设计，计算6天即完成普通计算平台2年的工作量，并在国际上首次实现了全机复杂构型高精度数值模拟，为高端工程研制提供了关键的精准数据。目前，基于“天河二号”平台，广船、广汽等行业龙头企业组建了数字制造协同创新中心，广州光机电研究所等组建了3D打印云制造创新服务平台，共同推动广东制造技术的协同创新。

 

　　(二)以“生物计算与个性化医疗平台”推动医疗健康产业变革。广州超算中心该平台可使基因大规模系统建模等复杂研究成为可能，使医疗与基因工程更加集成化、个性化，加速精准医疗、健康大数据、可穿戴设备等新产业发展。如华大基因公司通过广州“天河二号”进行全基因组信息分析，3小时内即完成普通计算机处理1年的工作量，大大提高了服务质量与效率;并构建了面向产前检查的完整产业链，开展了百万人基因测序，推动现代医疗向精准医疗变革。该平台助中科院上海药研所完成了600多个各类药物的体内外活性测试评价，为治疗恶性肿瘤、乙肝、糖尿病等重大疑难疾病提供了宝贵的药物先导化合物。

 

　　(三)以“能源及相关技术数字化设计平台”开启“互联网+能源”新时代。广州超算中心该平台可解决能源生产、储存和利用中材料、装置、工艺等的研发与安全评估等问题。如远景能源公司在该平台开发了寻找风能的格林威治云平台，用户通过手机接入该云平台，2小时内即可选定风机的精确地址。该云平台改变了传统风机需翻山越岭、耗费大量人力物力的宏观选址模式，通过超级计算机和地理大数据应用，助客户更便捷、更精准地找到资源，使项目实际投资收益提升20%以上。目前远景能源公司已经成为全球能源互联网技术领军企业。

 

　　(四)以“城市云服务平台”推动智慧城市建设。广州超算中心该平台可为智慧城市建设提供高效可靠的服务。目前广州“天河二号”已适配广州市电子政务数据管理、云盘存储等系统，电子政务、电子医疗、电子灾害预报等业务都在该平台上实现。同时，该平台还可进行银行、保险、证券等行业的大数据储存、快速分析等。如陕西省高性能研究中心依托“天河二号”实现了千万级投资组合的多维度市场风险分钟级准实时计量，为我国金融机构增强风险敏感性、提升资金精细化管理能力提供新途径。

 

　　(五)以“材料科学与工程计算应用服务平台”助推新材料产业蓬勃兴起。广州超算中心该平台可助企业依托计算模拟在极短时间内对材料进行纳观、微观、介观、宏观尺度等多层次研究，从大量化合物中快速找到理想材料，并在模拟的极端环境下测试新材料性能。目前已支持中科院等在材料科学研究上取得突破。随着超级计算的应用加强，广东的材料设计将迎来黄金(1223.20, -3.10, -0.25%)时代。

 

　　(六)以“天文地球科学与环境工程平台”加快地理、物理等基础科研创新。广州超算中心该平台可为客户提供地质、海洋等环境活动及宇宙粒子演化等模拟研究，并对泥石流、台风等灾害天气进行快速预警。北师大[微博]科研团队利用该平台率先在国际上完成了3万亿粒子数的中微子模拟。德国慕尼黑工业大学等团队利用广州“天河二号”模拟再现了1992年美国兰德斯地震波传播过程，在研究地质灾害机理和地震预报方面取得新突破。

 

　　(七)拓展“互联网+”新业态新领域应用，加速更多新兴产业发展壮大。广州“天河二号”可显著提升动漫和3D电影制作速度，目前已为华强、奥飞、酷卡等企业提供快速渲染支持。可通过数字虚拟孕育“互联网+”新业态，开发虚拟试衣、模拟试驾等应用项目。创业者可通过互联网创新使用“天河二号”进行材料加工、软件设计、动漫渲染等多种应用，一个人可代替多人在短时间内完成一部机器、动画片等设计制作。

 

 

　　广州超算中心“天河二号”虽在技术方面已获得全球最快“六连冠”，但在应用方面目前存在一些瓶颈，如应用市场处于初级阶段，大量对高性能计算有需求的企业对超级计算机“不了解”;应用软件研发不足，部分行业领域“用不了”;超算人才匮乏，部分企业“不会用”等。因而目前广州“天河二号”的利用率远低于天津“天河一号”，且应用范围较狭窄，支撑区域经济发展和吸引高端产业集聚的潜能亟待释放。新常态下，广东正处于新旧产业更替、新旧增长动力转换的关键阶段，省直有关部门和各级政府应高度重视广州超算中心“天河二号”的辐射带动作用，加快应用推广，助推广东先进制造业、高端服务业和战略性新兴产业实现“超速度”发展，培育新的经济增长极。

 

　　(一)要加快全省超级计算机市场的培育。一是围绕广州超算中心6大平台定期组织各行业、各领域的合作交流会，加强广州超算中心与全省各地企业的业务对接。二是建议有条件的地级市引进建设一批超算应用示范项目，发挥示范带动效应，吸引更多企业运用广州“天河二号”。三是推广广州市在“天河二号”上建设电子政务的成功经验，逐步把各级政府的政务和海量数据置于广州“天河二号”上运行，提升各级行政效率，及时掌握和分析全省及地方的经济社会运行情况。

 

　　(二)要推进超算应用软件研发。一是推动广州超算中心与天津、上海、深圳等超算中心以及曙光、浪潮等企业的合作，共同解决应用软件的引进和研发问题。二是建议各级财政加大对超级计算机应用的投入力度，重点支持大型超算应用软件的研发。三是以国务院出台《关于运用大数据加强对市场主体服务和监管的若干意见》为契机，大力加快基于大数据、云计算、物联网的新兴产业发展，加强大数据、云计算应用软件研发。

 

　　(三)要加强超算人才队伍建设。一是积极推动全省各大院校举办或承办大学生超算大赛等活动，培养大学生使用超级计算机的兴趣和技能。二是以更加优惠的政策吸引海内外高层次超算人才落户广东。三是建立人才培养机制，如促进广州超算中心与曙光、浪潮等高性能计算机公司联合共建高性能计算培训基地，开辟超算人才培养的新渠道。

 

　　(四)以广州超算中心、分中心为重要支点吸引高端产业集聚。借鉴天津通过在“天河一号”周边建设多个新兴产业园区形成高端产业集群的经验，建议广东省科技厅及广州市在系统分析区域产业规划的基础上，在广州超算中心以及天河、黄埔、南沙三大分中心周边加快规划建设若干相关产业园区，吸引软件、智能制造等企业集聚，形成高端产业集群。