中科院超算環(huán)境廣州分中心：小平臺(tái)撬動(dòng)大科研

為粵港澳大灣區(qū)科研事業(yè)提供數(shù)據(jù)支撐

在中科院廣州健康院一間機(jī)房里，隱藏著雷霆萬鈞的“大家伙”，這些寶貝被精心呵護(hù)?？茖W(xué)家通過它們，讀取生命科學(xué)、新材料、新能源等領(lǐng)域不可或缺的重要密碼。

超算中心機(jī)房?jī)?nèi)景。

成立于2014年的中科院超算環(huán)境廣州分中心憑其計(jì)算能力，在干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)、創(chuàng)新藥物設(shè)計(jì)、公共健康、海洋氣象、地球科學(xué)、環(huán)保能源新能源等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

超級(jí)計(jì)算重在“算”不在“超”

中科院超算環(huán)境廣州分中心目前集群擁有：60臺(tái)普通刀片計(jì)算節(jié)點(diǎn)，1000個(gè)CPU計(jì)算核心，全系統(tǒng)內(nèi)存容量6TB，存儲(chǔ)總?cè)萘窟_(dá)到3PB，整體聚合計(jì)算能力理論峰值每秒100萬億次。

超級(jí)計(jì)算重在“算”不在“超”，成立時(shí)間雖短，超算中心已向全院師生開展常用分析語言和方法的培訓(xùn)。這個(gè)“計(jì)算”實(shí)力夠硬核嗎？中心主任陳朝明回答：“從超算資源量來講，如果把天河二號(hào)比喻為大海，那我們就是一個(gè)湖泊?！?/p>

為什么研究生命科學(xué)需要超級(jí)計(jì)算機(jī)呢？生物島實(shí)驗(yàn)室副研究員何江平舉了個(gè)例子，解析新冠病毒感染細(xì)胞類型、鑒定新冠病毒致病分子靶點(diǎn)對(duì)抗新冠病毒治療具有重要的作用，然而人體中有約40萬億個(gè)細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞中有超過3萬種不同的分子（基因），如果沒有超算，猶如大海撈針。細(xì)胞一旦被感染，病毒的DNA序列我們是能檢測(cè)到的，我們?cè)偻ㄟ^計(jì)算比較被感染細(xì)胞與正常細(xì)胞的分子差異，從而可找到新冠病毒感染致病的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

受廣州分院委托，面向廣州兩院地區(qū)及相關(guān)單位用戶服務(wù)。健康院負(fù)責(zé)機(jī)房裝修、超算設(shè)備采購及安裝、軟件應(yīng)用部署、系統(tǒng)的日常運(yùn)維。廣州分院負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)需求調(diào)研、用戶應(yīng)用培訓(xùn)、協(xié)調(diào)項(xiàng)目推廣、推動(dòng)統(tǒng)一服務(wù)。中心建設(shè)采取分期建設(shè)、逐步完善、重視應(yīng)用。

中心于2014年正式獲得中科院批準(zhǔn)、依托廣州健康院建設(shè)和管理，面向廣州兩院地區(qū)及相關(guān)單位用戶服務(wù),覆蓋干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)、疾病健康、藥物設(shè)計(jì)、感染與免疫、冷凍電鏡、植物生態(tài)等高性能計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用。通過分期建設(shè)，超算廣州分中心目前計(jì)算聚合能力達(dá)100萬億次，并行高通量存儲(chǔ)達(dá)3PB，提供100M專線高速科技網(wǎng)絡(luò)帶寬,集中部署了面向生物醫(yī)藥與健康等多學(xué)科領(lǐng)域的超算應(yīng)用軟件及集成工具，可支撐大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心研究員金鐘評(píng)價(jià)，廣州健康院長(zhǎng)期以來重視超算對(duì)科研創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)，多年在超算發(fā)展指數(shù)中位于中科院前列，基于該超算分中心支撐了一大批重大科研項(xiàng)目及重大成果的產(chǎn)出，培養(yǎng)了一大批具有生物醫(yī)藥計(jì)算交叉學(xué)科人才。應(yīng)加大高性能計(jì)算重大設(shè)施的投入，重視超算應(yīng)用交叉學(xué)科高級(jí)人才培養(yǎng)，以加快促進(jìn)生物醫(yī)藥與健康領(lǐng)域的科研創(chuàng)新。

小平臺(tái)撬動(dòng)大科研

陳朝明認(rèn)為，用超算很重要的一點(diǎn)是，它來了，是不是馬上能用上。對(duì)每一臺(tái)儀器、每一個(gè)課題組、每一位用戶的每一次科研實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，實(shí)時(shí)同步匯交到超算中心的平臺(tái)，進(jìn)行管理共享，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)與高性能計(jì)算就近原則的高效數(shù)據(jù)分析及利用。

小平臺(tái)撬動(dòng)大科研，超算中心的高效運(yùn)作，對(duì)廣州健康院在干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)、疾病健康、疫苗研發(fā)、抗癌藥物篩選及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析等方向的數(shù)據(jù)分析挖掘及可視化，提供了重要支撐，提高了科研創(chuàng)新效率。2019年的指數(shù)排名中，該中心在中科院各超算分中心中位列第一名。超級(jí)計(jì)算發(fā)展指數(shù)依據(jù)17個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)，從環(huán)境建設(shè)、環(huán)境使用、用戶直接科研產(chǎn)出、人才培養(yǎng)、支持用戶科研項(xiàng)目、收入分指數(shù)6個(gè)方向衡量超級(jí)計(jì)算環(huán)境的發(fā)展。報(bào)告顯示，超算廣州分中心在數(shù)據(jù)計(jì)算驅(qū)動(dòng)科研創(chuàng)新、交叉學(xué)科人才培養(yǎng)、跨學(xué)科跨地域科研合作、支撐重大項(xiàng)目創(chuàng)新研究、以及服務(wù)地方科技發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

三劍客的故事

三劍客：陳朝明（中）、劉勁松（右）、許永（左）。

不同的學(xué)科背景，為了共同的目標(biāo)，廣州健康院的研究員劉勁松、許永，與陳朝明成為了同事口中的“三劍客”。中心建立之初，由于經(jīng)費(fèi)緊張和大家對(duì)超算認(rèn)識(shí)的不足，三劍客采取“化緣”的方式，號(hào)召院領(lǐng)導(dǎo)及PI，“有錢出錢，有力出力，沒錢沒力出吆喝”。同時(shí)，三劍客花費(fèi)大量時(shí)間和精力，深入多家單位進(jìn)行調(diào)研、學(xué)習(xí)，對(duì)超算的發(fā)展進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃。終于在中科院、廣州健康院的大力支持下，采取“經(jīng)費(fèi)支持+服務(wù)先租后購+課題組支持”的方式，超算中心才得以建成。

中心建成后，“三劍客”仍然對(duì)其日常運(yùn)維和未來發(fā)展傾注了大量精力，像對(duì)待自己的孩子一樣，呵護(hù)有加。有一次，院內(nèi)突然停電，三劍客不約而同，第一時(shí)間到達(dá)超算機(jī)房，檢查服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)，確保設(shè)備安然無恙。中心建成后，在數(shù)據(jù)與計(jì)算方面發(fā)揮了重要的推動(dòng)作用，隨著廣州健康院科研實(shí)力和人才隊(duì)伍的不斷壯大，超算資源的面臨挑戰(zhàn)。三劍客繼續(xù)不遺余力，四處奔走，籌措資金，進(jìn)行超算資源的擴(kuò)展和應(yīng)用的推廣。

如今三劍客有了新伙伴。

未來，中心將不再滿足提供單一方向的設(shè)備和技術(shù)支持，而是將聯(lián)合各個(gè)子平臺(tái)的特長(zhǎng)和優(yōu)勢(shì)，依靠平臺(tái)的自主創(chuàng)新，提供全面的技術(shù)解決方案，支持PI們?nèi)ヌ魬?zhàn)生命科學(xué)領(lǐng)域影響深遠(yuǎn)的課題。研究員劉勁松說，“依靠平臺(tái)的專業(yè)技術(shù)支持，在small labs（實(shí)驗(yàn)室），也可以做big science（大科學(xué)）。我們相信，未來重大的科研發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，都將從這里開始孕育、誕生?！边@是三劍客對(duì)超算中心的定位，也是他們的篤信。

新基建背景下，為粵港澳大灣區(qū)提供數(shù)據(jù)支撐

數(shù)據(jù)與計(jì)算是科技創(chuàng)新的巨大驅(qū)動(dòng)力。數(shù)據(jù)資源已成為世界各國(guó)爭(zhēng)奪的新戰(zhàn)略資源，計(jì)算則成為了衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志。數(shù)據(jù)與計(jì)算在科技領(lǐng)域的整體能力和應(yīng)用，將集中體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家的科技綜合實(shí)力。世界各國(guó)正加快建設(shè)以數(shù)據(jù)與計(jì)算為主要特征的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，這必將深刻影響世界科技格局。數(shù)據(jù)與計(jì)算將驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代科學(xué)研究“加速”發(fā)展，有力提升國(guó)家科技創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)力。

廣州健康院院長(zhǎng)陳新文說，數(shù)據(jù)計(jì)算逐漸成為世界各國(guó)爭(zhēng)奪的新戰(zhàn)略資源，是中美貿(mào)易戰(zhàn)背景下“卡脖子”的關(guān)鍵一環(huán)，超算中心將以參與新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)研制、承擔(dān)人類細(xì)胞譜系大科學(xué)設(shè)施建設(shè)、粵港澳科創(chuàng)中心建設(shè)等重大任務(wù)為契機(jī)，充分發(fā)揮超算中心作用，為研究院提升承擔(dān)大項(xiàng)目能力，申建重大科研基地、產(chǎn)出大成果提供更強(qiáng)力的基礎(chǔ)支撐。