新动能·新山东|上知天文下知地理 以"超算"洞悉未来

青岛新闻网11月10日讯（记者 黄晓）超级计算机被誉为国之重器，是世界各国竞相角逐的科技制高点，也是一个国家科技实力的重要标志之一。2011年10月，国家超级计算济南中心（以下简称“济南超算”）由科技部批准成立，我国首个采用自主处理器构建的千万亿次超级计算机——神威蓝光超级计算机在这里诞生并正式对外运营。这标志着中国成为继美国、日本后第三个能够采用自主处理器构建千万亿次超级计算机系统的国家。

2019年5月，国家超级计算机济南中心科技园项目正式启用，历时108天即完成一期建设，是全球首个以超级计算为主题的科技园，也是超级计算深度赋能其他产业的重要载体。半年后，山东高等技术研究院在该园区揭牌成立，吸引了世界顶尖物理学家、诺奖得主丁肇中教授和他的团队入驻，丁肇中教授任山东高等技术研究院名誉院长。自此，旨在面向国际科学前沿，以实施国家重大科学战略为己任，以宇宙线等基础性前沿性科学研究和应用基础研究为主攻方向的山东高等技术研究院在济南揭开了“红盖头”。济南超算也由“算天、算地、算人”发展为“算宇宙”。

据了解，2019年至2022年，济南超算在建百亿亿次超算平台、人工智能平台、工业互联网平台、大数据平台等重大基础设施。截至目前，济南超算持续服务天气预报与气候预测、海洋环境模拟分析、信息安全、电磁仿真、工程计算、金融大数据分析、新材料和新能源分析等领域的科研院所、高新技术企业、政府机构等单位用户1000余家，累计实现可转化科技成果200多项，带动产业规模逾百亿元，成为山东省新一代信息技术、医养健康、高端装备、新能源新材料、智慧海洋等新旧动能转换重大工程“十强”优势产业发展的算力引擎。

从我国首个采用自主处理器构建的千万亿次超级计算机——“神威蓝光”正式启动，到全球首个以超算为主题的科技园“掀起盖头”，一路走来，济南超算斩获多项“首个”，正以超乎想象的计算能力改变着人们的生产生活方式。那么，超级计算是怎样为国民经济建设提供加速度？又是如何飞入寻常百姓家？11月10日，“新动能·新山东——第十六届中国网络媒体山东行”的记者走进济南超算，感受超级计算的速度与激情。

算天|预测“东边日出西边雨”已成现实

11月10日，立冬已过，济南市民宋大爷每天都会根据天气预报的情况，决定第二天是否外出锻炼。

“前些年，北方的冬天有霾，我和老伴儿一冬天几乎不怎么出门。这几年环保力度加大，冬天空气质量比之前好很多，但有时天气状况还是不太好，所以天气预报，尤其是空气质量预报决定着我们冬天的行程。”

的确，天气预报影响着千家万户。济南超算常务副主任郭莹表示，大约10年前，山东省的天气预报可预测5公里范围，济南地区的则可以达到3公里内。“现在我们已经具备了精准预报到1公里以内的能力。”郭莹坦言，用超算来计算天气变化情况，实际上是将研究区域进行立体网格化处理，将网格划得越细密，预报的精确度就越高。从5公里缩至1公里，看似只有4公里的差距，算力却提高了不止100倍。类似“东边日出西边雨”的情形，很容易就被测算了出来。

尤其对于格外重视空气质量的北方冬天，济南超算的技术人员们在天气预测模型上，再增加一个关于空气质量的模型，就可以根据天气状况、地形地貌等测算出一个地区的PM2.5浓度是否超标，二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳浓度何时下降等。

今年5月份，国家生态环境大数据超算云中心项目落户山东济南。济南超算基于强大计算能力和海量存储能力将为中国环境监测总站提供数据支撑。

届时，人们可以查询到未来15天，甚至20天的空气质量状况，并实现空气质量和空气污染的精细化分析，如二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等浓度，从而智能评估出相应的控制措施。“平台建成后，老百姓可实时查询未来空气质量，安排个人行程；政府则可以根据相关预测，为当地产业布局提供决策依据。”郭莹说，如今这项超算技术已广泛应用于大型赛事场地、举办时间等精准预报。

算地|超算让交通工具更便捷、更安全

相较于天气的诡谲多变，超级计算机在地面上的应用就要更普遍些。

上班路上堵不堵车？常用的线路堵了，应该选择哪条备选方案？如今，这些问题通过手机导航APP就能解决，这就是超级计算在道路交通方面的应用之一。

此外，作为很多人出行首选的高铁，时速已达350公里，远超飞机起飞时200-300公里的时速。但为什么飞机可以起飞，高铁却在轨道上稳稳前行？郭莹解答了其中的秘密：高铁在运行前，早已用超算验证过数种高铁的外形，怎样能减少阻力、怎样能降低风噪、怎样能安全运行、怎样能节省电力……

“计算机仿生学的意义就在于，当产品实验不方便或成本过高时，超算可以通过计算解决这些问题。”郭莹举例说，高铁建造成何种外形可以抵抗突如其来的横风？两条并行的铁轨间距离究竟多大，既可以避免两辆高铁会车时发生碰撞，又不会太远导致土地浪费……为解决这些问题，如果通过真正的实验，会遇到大自然的横风很难模拟以及实验成本过高等问题，但通过超算，就能高效被解决。

除此之外，如今城市中经常见到的“绿波速度”的推算、汽车外形怎样才能最节能、行人闯红灯识别等一系列交通方面内容的背后，都有着超算支撑的身影。

算人|帮助病理科医生定位肿瘤病变区域

“宫颈浸润性鳞状细胞癌”，当56岁的刘女士看到检测报告后，脑中一片空白，很难相信自己罹患了癌症。而这个检查结果判定的背后，也有着超级计算的影子。

在山东省的一家大型三甲医院，已经实现了人工智能模型通过查看病理片子帮助病理科医生快速定位病变区域的功能，甚至可以计算出发生癌变的细胞数量。

这个人工智能模型就是济南超算在人体健康领域的一项新应用。“病理诊断是肿瘤诊断的标准，但一名病理科医生培养周期长，很多基层医院的病理诊断水平有限，而且在显微镜下查看病理，费时又费力，不容易看出来。借助于济南超算提供算力支撑的病理应用，就可以在很大程度上实现病变区域的定位，虽然目前还无法完全代替人工检测，但显著提高了诊断的质量和效率。”郭莹介绍说，近十年来，是我国超级计算迅速发展的时期，超算中心的工作人员研发的人工智能模型可通过大量病理片子的学习，快速准确地识别出癌症。目前，人工智能模型已经可以判断包括宫颈癌等癌症。

“将来，人工模型会学习更多种癌症的图谱，从而实现更多种癌症的判定。”郭莹表示，这些只是超级计算的个别应用，如今济南超算已涵盖200多种应用。

开发更多超级计算机的应用为国民经济建设和百姓生活提供便利

那么，如今的算法到底能有多快？济南超算常务副主任郭莹表示，超级计算机比普通计算机的算力能快几倍到几十倍。她坦言，算力的增加并不是最终目的。“之前我们主要关注增加算力，关注跑得快，而缺少实际应用的好软件”，而济南超算的使命就是增加超级计算机的应用，为国民经济建设和百姓生活提供便利。

如今，济南超算已涵盖200多种应用，从包括海洋科学等领域的科学计算，到重型机械仿真实验等在内的工程计算，再到山东省社保、公安、工商等几大厅局在内的居民数据互联互通的电子政务……都由济南超算提供算力支撑。

“比如之前，居民的社保、公安、工商等信息是相互独立的，由我们提供算力支持后，打通了数据的互联互通，信息不再是一座孤岛，每个人的每项数据就像一幅画，可以清晰展现在眼前。”郭莹表示，这几年用户越来越接受超算，相信今后会有更多的企业、政府部门还百姓接受并使用超算，让计算成为水电一样的公共品。

从2011年国内首台完全用自主CPU构建的千万亿次超级计算机“神威蓝光”，到2018年实现了从处理器、网络芯片组、存储和管理系统等核心器件完全国产化的“神威E级计算原型机”，再到如今正在建设的百亿亿次超算平台、人工智能平台、工业互联网平台、大数据平台等重大基础设施，济南超算已成为山东省新一代信息技术、医养健康、高端装备、新能源新材料、智慧海洋等新旧动能转换重大工程“十强”优势产业发展的算力引擎。

“从算天、算地，再到算人，未来是一切皆可算。”正如济南超算中心副主任潘景山的总结，济南超算的愿景就是让计算成为水电一样的公共品，成为国家大科学装置与科研团队的聚集高地。