中國(guó)工程院院士王恩東：海洋研究為何需要超級(jí)計(jì)算機(jī)?

大數(shù)據(jù) 王恩東海洋研究超級(jí)計(jì)算機(jī)

比特網(wǎng) | 2016-08-25 15:45

【數(shù)據(jù)猿導(dǎo)讀】隨著海洋觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，海洋大數(shù)據(jù)來(lái)源更加豐富，如航次測(cè)量，衛(wèi)星遙感，海洋遙感、油氣平臺(tái)、水下遙測(cè)、基因測(cè)序、浮標(biāo)資料、數(shù)值模擬、數(shù)據(jù)同化等等。與此同時(shí)，海洋大數(shù)據(jù)種類也更加多樣化，如物理海洋、海洋地質(zhì)、海洋生物，海洋生態(tài)、海洋化學(xué)、海洋遙感、深海觀測(cè)等等

中國(guó)工程院院士王恩東：海洋研究為何需要超級(jí)計(jì)算機(jī)?

人類對(duì)太空的了解遠(yuǎn)超海洋

盡管人類已經(jīng)踏足月球并已探索了火星，驗(yàn)證了引力波并可以收集遠(yuǎn)從數(shù)百光年外產(chǎn)生的宇宙射線，但是我們對(duì)腳下這顆藍(lán)色星球中海洋的研究面積卻不足10%，甚至至今無(wú)法精確的繪制一幅海底地圖。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類已經(jīng)確定的海洋生物有212,906種，但是可能還有2500萬(wàn)種未知生物有待研究。

可以說(shuō)，人類對(duì)海洋的研究只是剛剛起步剛。中國(guó)科學(xué)院院士吳立新認(rèn)為，從某種意義而言，“人類對(duì)太空的了解要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)海洋”。

人類對(duì)海洋研究進(jìn)展緩慢的原因除了經(jīng)費(fèi)投入較少的原因外，也受限于材料與工程科學(xué)的發(fā)展。目前，人類已經(jīng)可以制造能承受上千度高溫的太空材料，將其大規(guī)模應(yīng)用于航天飛機(jī)、運(yùn)載火箭之上，然而卻依然無(wú)法制造能長(zhǎng)期承受數(shù)百乃至上千大氣壓的載人深海探測(cè)設(shè)備。

海洋研究面臨大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)

不過(guò)，隨著糧食和能源危機(jī)、地球生態(tài)失衡等原因，科學(xué)家們開(kāi)始將更多的目光投注在海洋研究之中，期望通過(guò)對(duì)海洋的深入研究，科學(xué)獲取人類急需的氫、電、石油、食品等資源，并緩解越來(lái)越頻發(fā)的海洋災(zāi)害。

隨著海洋觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，海洋大數(shù)據(jù)來(lái)源更加豐富，如航次測(cè)量，衛(wèi)星遙感，海洋遙感、油氣平臺(tái)、水下遙測(cè)、基因測(cè)序、浮標(biāo)資料、數(shù)值模擬、數(shù)據(jù)同化等等。與此同時(shí)，海洋大數(shù)據(jù)種類也更加多樣化，如物理海洋、海洋地質(zhì)、海洋生物，海洋生態(tài)、海洋化學(xué)、海洋遙感、深海觀測(cè)等等。其中，僅物理海洋就包括有風(fēng)、氣壓、氣溫、濕度、能見(jiàn)度、水溫、鹽度、葉綠素、濁度、波浪、海流等近200種不同的數(shù)據(jù)變量。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2030年，海洋數(shù)據(jù)量規(guī)模將從目前的約60PB增長(zhǎng)至350PB以上。數(shù)據(jù)量的急速增加與種類的多樣化，給海洋研究帶來(lái)了更大的數(shù)據(jù)處理挑戰(zhàn)。

用超算化解海洋大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)

中國(guó)工程院院士、浪潮集團(tuán)首席科學(xué)家王恩東認(rèn)為，隨著世界各國(guó)海洋開(kāi)發(fā)的重視程度與日俱增，開(kāi)發(fā)利用海洋數(shù)據(jù)資源將在發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、加強(qiáng)海洋國(guó)防、支持海洋決策、提供海洋公眾服務(wù)等方面發(fā)揮更加重要的支撐作用。這需要跟先進(jìn)的技術(shù)工具結(jié)合，如用超算模擬出海洋潮汐、水流變化及海底石油礦藏等，從而為實(shí)際生產(chǎn)提供有效決策。

目前，世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家在利用超算開(kāi)展海洋研究上已先行一步。在高分辨率全球海洋環(huán)流模式的研究上，日本憑借Earth Simulator(地球模擬器)在21世紀(jì)率先達(dá)到全球0.1度，而美國(guó)海軍隨后迅速達(dá)到業(yè)務(wù)化保障全球1/12度，法國(guó)、英國(guó)的業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)相繼達(dá)到全球1/12度這一精度，而中科院大氣所和海洋一所等則在2013年實(shí)現(xiàn)了全球0.1度的精度研究，落后了將近10年。

美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)目前安裝的超算Surge和Luna是全球海洋領(lǐng)域最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，兩臺(tái)超算總峰值性能達(dá)到每秒5.78千萬(wàn)億次，很好的幫助NOAA完成諸如高分辨率快速刷新模式升級(jí)，颶風(fēng)研究預(yù)報(bào)模型升級(jí)、天氣水文研究和預(yù)報(bào)等，讓NOAA得以更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)冬季風(fēng)暴和雷暴降水，改善對(duì)颶風(fēng)路徑和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)。

我國(guó)對(duì)海洋研究的重視程度也在不斷提高，并取得了很多重大進(jìn)展。如由國(guó)家海洋局第一研究所開(kāi)發(fā)的第三代海浪數(shù)值模式，實(shí)現(xiàn)了超高分辨率全球表面波數(shù)值模擬計(jì)算，大大推進(jìn)了高分辨率高質(zhì)量海浪預(yù)報(bào)的產(chǎn)品化進(jìn)程，成功獲得2016年度“戈登·貝爾獎(jiǎng)”提名。

王恩東表示，當(dāng)今超級(jí)計(jì)算機(jī)越來(lái)越成為科學(xué)家解決人類重大問(wèn)題的創(chuàng)新研究工具，海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室超算平臺(tái)建設(shè)將極大地促進(jìn)提升我國(guó)海洋科研效率，這對(duì)于科學(xué)開(kāi)發(fā)海洋資源、預(yù)防和抵御海洋災(zāi)害、推動(dòng)國(guó)家“海洋強(qiáng)國(guó)”和“一帶一路”戰(zhàn)略的發(fā)展均具有至關(guān)重要的意義。

不參加海洋合作怎能叫“浪潮”

提到超算如何推動(dòng)中國(guó)海洋的研究就不得不提浪潮。在8月20日的“海洋大數(shù)據(jù)與智能計(jì)算”鰲山論壇上，中國(guó)工程院院士、浪潮集團(tuán)首席科學(xué)家王恩東笑稱：“今天的合作浪潮必須參與，因?yàn)椴粎⒓雍Ｑ蠛献髟趺茨芙欣顺蹦?rdquo;。

有海就有浪。在海洋研究領(lǐng)域，浪潮曾為中國(guó)海洋大學(xué)、中科院南海海洋所、國(guó)家海洋局秦皇島站等多個(gè)用戶設(shè)計(jì)構(gòu)建超算系統(tǒng)。此外，在浪潮與亞洲超算協(xié)會(huì)共同發(fā)起組織的2016 ASC世界大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽中，浪潮還將海洋應(yīng)用MASNUM-WAM引入比賽，讓世界各地青年人參與到這個(gè)模式的優(yōu)化開(kāi)發(fā)中，激發(fā)大學(xué)生對(duì)海洋研究的熱情。

對(duì)于如何推動(dòng)超算在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用，王恩東院士表示：“海洋領(lǐng)域由于其巨大的數(shù)據(jù)量對(duì)超算的計(jì)算性能和存儲(chǔ)都有著非常高的要求，根據(jù)海洋模式的特點(diǎn)構(gòu)建專用定制系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)計(jì)算與應(yīng)用的真正貼合，而只有根植應(yīng)用才能拉動(dòng)整個(gè)超算的應(yīng)用效率。”

海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是科技部2006年啟動(dòng)籌建的10個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室之一，是國(guó)家所擁有的并賴以解決國(guó)家急需的、具有戰(zhàn)略意義的重大科學(xué)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)室。在未來(lái)三年內(nèi)進(jìn)入世界著名海洋科研中心之列，這是海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)，而建設(shè)千萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)將有助于幫助海洋科學(xué)家進(jìn)行海洋研究，盡早實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)。

海洋有豐富的石油、礦產(chǎn)及海洋物種資源、海洋氣候?qū)ρ睾＞用竦纳罹哂泻艽笥绊?，?shí)現(xiàn)海洋經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展是每個(gè)國(guó)家的重要戰(zhàn)略之一，也是我國(guó)十三五規(guī)劃中的重要方向。相信伴隨著海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的這套千萬(wàn)億次超算系統(tǒng)的構(gòu)建，將極大的提升我國(guó)在海洋領(lǐng)域的研究水平。

來(lái)源：比特網(wǎng)

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