打通算力服務(wù)“最后一公里”

今年《政府工作報(bào)告》提出：“適度超前建設(shè)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，加快形成全國(guó)一體化算力體系，培育算力產(chǎn)業(yè)生態(tài)?！苯?，國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)正式上線。國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)可將全國(guó)眾多超算中心連接起來，構(gòu)建一體化的超算算力網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)平臺(tái)。目前，國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已經(jīng)連接了10余個(gè)算力中心，已有超過200家應(yīng)用、數(shù)據(jù)、模型等服務(wù)商入駐，并提供超3200款商品，這些商品覆蓋科學(xué)計(jì)算、工業(yè)仿真、人工智能模型訓(xùn)練等前沿?cái)?shù)字化創(chuàng)新領(lǐng)域，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)先進(jìn)計(jì)算服務(wù)的需求。

為何要建設(shè)國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)？國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)如何實(shí)現(xiàn)算力資源統(tǒng)籌調(diào)度、賦能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新？

通過市場(chǎng)化的運(yùn)營(yíng)和服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)算力資源統(tǒng)籌調(diào)度

打開國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)“商品廣場(chǎng)”，由復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院開發(fā)的“數(shù)字孿生腦平臺(tái)”顯示在售。這個(gè)平臺(tái)整合了多模態(tài)的生物數(shù)據(jù)和先驗(yàn)知識(shí)，利用超算集群計(jì)算資源，將相關(guān)數(shù)據(jù)與算法集成為一個(gè)數(shù)字孿生的腦模擬平臺(tái)，為腦科學(xué)與類腦智能研究提供服務(wù)支撐。用戶在國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)上填寫使用申請(qǐng)表后，即可申請(qǐng)?jiān)囉谩皵?shù)字孿生腦平臺(tái)”。詳情頁(yè)上，“商品說明”“服務(wù)與支持”“客戶案例”“商品評(píng)價(jià)”等信息一目了然。

在國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上，科研人員、仿真工程師、人工智能研發(fā)人員可以像網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物一樣方便地購(gòu)買和使用算力基礎(chǔ)資源、應(yīng)用軟件、應(yīng)用平臺(tái)、數(shù)據(jù)資產(chǎn)等，并按照軟件類型、算力、時(shí)長(zhǎng)等付費(fèi)。

超算，即超級(jí)計(jì)算或高性能計(jì)算，經(jīng)常應(yīng)用于高精尖科研領(lǐng)域，被視為科技突破的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。如何更好地發(fā)揮超算的性能、高效求解各類應(yīng)用中的科學(xué)問題，是超算發(fā)展的關(guān)鍵。

近年來，隨著超算與人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)持續(xù)融合，超算應(yīng)用場(chǎng)景日益豐富，服務(wù)科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方方面面，成為科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的重要驅(qū)動(dòng)力。另一方面，算力已從單純以性能比拼，過渡到服務(wù)能力、計(jì)算應(yīng)用、綠色低碳等新優(yōu)勢(shì)的比拼，對(duì)超算環(huán)境和應(yīng)用提出了更高的要求。

在此背景下，2023年4月，國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)正式啟動(dòng)建設(shè)，目標(biāo)是突破現(xiàn)有單體超算中心運(yùn)營(yíng)模式，緊密連接供需方，通過市場(chǎng)化的運(yùn)營(yíng)和服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)算力資源統(tǒng)籌調(diào)度，以應(yīng)對(duì)算力設(shè)施分布不均衡、接口不統(tǒng)一、應(yīng)用軟件自主研發(fā)和推廣不足等問題，有效支撐原始科學(xué)創(chuàng)新、重大工程突破、經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展等目標(biāo)，成為支撐數(shù)字中國(guó)建設(shè)的“高速路”。

國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)依托一體化的算力調(diào)度、數(shù)據(jù)傳輸、生態(tài)協(xié)作體系，實(shí)現(xiàn)算力供給、軟件開發(fā)、數(shù)據(jù)交易、模型服務(wù)等產(chǎn)業(yè)鏈各主體的緊密連接，構(gòu)建市場(chǎng)化、互聯(lián)網(wǎng)化、服務(wù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的高性能計(jì)算服務(wù)環(huán)境。經(jīng)過近一年建設(shè)，國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)工作取得了突破性進(jìn)展，并完成了首階段的建設(shè)目標(biāo)。

從“提供算力”向“提供服務(wù)”轉(zhuǎn)變，國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)有望促使超算應(yīng)用模式轉(zhuǎn)變。中國(guó)科學(xué)院院士、超算互聯(lián)網(wǎng)總體專家組組長(zhǎng)錢德沛解釋道：“狹義上，國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)通過高速網(wǎng)絡(luò)將全國(guó)眾多的超算中心連接起來，構(gòu)建統(tǒng)一使用、對(duì)外服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。廣義上，則是通過互聯(lián)網(wǎng)的形式，方便更多用戶獲取資源。同時(shí)，軟件和服務(wù)也可以給更多人使用，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、軟件資源、應(yīng)用解決方案資源的深度整合，從根本上提高超算的應(yīng)用水平?！?/p>

在超算互聯(lián)網(wǎng)總體專家組副組長(zhǎng)、上海交通大學(xué)教授管海兵看來，我國(guó)超算發(fā)展經(jīng)歷了硬件積累、軟件創(chuàng)新到高性能計(jì)算環(huán)境建設(shè)的發(fā)展階段，以互聯(lián)網(wǎng)思維來運(yùn)營(yíng)超算算力，把相關(guān)軟硬件、從業(yè)者和計(jì)算能力連接起來，能夠更好發(fā)揮超算作用，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展服務(wù)。

已迭代100多個(gè)版本，建立了大型的基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)

超算中心與智算中心、云計(jì)算中心的應(yīng)用場(chǎng)景有明顯差異。云計(jì)算中心即傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，主要提供通用算力、大數(shù)據(jù)分析等服務(wù)，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和虛擬化等方面具備優(yōu)勢(shì)；智算中心則主要應(yīng)用于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像處理、語(yǔ)音識(shí)別等領(lǐng)域，這些應(yīng)用需要快速迭代和優(yōu)化模型，對(duì)計(jì)算效率要求較高；超算中心通常由大量的計(jì)算節(jié)點(diǎn)和高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成，可同時(shí)進(jìn)行大量并行計(jì)算任務(wù)，應(yīng)用于大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算、工程仿真、氣象預(yù)報(bào)等。

“很多的科學(xué)計(jì)算里面需要人工智能技術(shù)，很多人工智能應(yīng)用也需要高精度、混合精度的計(jì)算。未來，單一精度的計(jì)算會(huì)變少，混合精度的計(jì)算會(huì)成為主流。多元融合、超智融合將是算力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的重要趨勢(shì)?！眹?guó)家高性能計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心副主任曹振南說。

中國(guó)信息通信研究院副院長(zhǎng)王志勤認(rèn)為，過去的通用算力正逐漸向超算、智算、通用算力三種類型方向發(fā)展，“因此，分散化的算力如何通過更好的機(jī)制實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，亟須一些新技術(shù)、新模式的探索?！?/p>

曹振南介紹，架構(gòu)上，國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)可分為3層。最底層是匯聚各個(gè)不同算力中心的異構(gòu)算力資源；中間通過一體化服務(wù)與調(diào)度平臺(tái)，進(jìn)行分布式異構(gòu)算力資源調(diào)度，與應(yīng)用服務(wù)化封裝、發(fā)布、管理，包括面向不同用戶、不同資源的各類管理、交易、作業(yè)等；最上層則建立了算力應(yīng)用商店，為用戶提供各種算力、軟件、數(shù)據(jù)、模型、源碼、技術(shù)等。

國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中，多家國(guó)家/區(qū)域超算中心、應(yīng)用軟件單位、支撐單位，以及從事超算相關(guān)領(lǐng)域的企業(yè)和高校院所等組織成立了超算互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合體。成員單位從成立時(shí)的22家擴(kuò)展到現(xiàn)在的128家。聯(lián)合體還成立了工作組和研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開展相關(guān)設(shè)計(jì)研發(fā)工作。

“同時(shí)，我們也希望用互聯(lián)網(wǎng)的模式‘共創(chuàng)’整個(gè)國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)。在研發(fā)過程中，有500多個(gè)共創(chuàng)者參與進(jìn)來，進(jìn)行軟件打包、適配、軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)等工作，來自各個(gè)行業(yè)的1000多位‘體驗(yàn)官’給我們提出了很多寶貴意見。一年來，國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已迭代100多個(gè)版本，形成10個(gè)主要模塊和100萬(wàn)行以上的源代碼，建立了大型的基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)。”曹振南說。

曹振南表示，面向未來，國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)要建立更多元的算力服務(wù)模式和更多樣的資源部署模式?！拔覀兿Ｍ麨橛脩籼峁稽c(diǎn)接入、隨取隨用’的服務(wù)。用戶無需關(guān)注算力類型、地理位置、軟件歸屬，甚至不需要知道誰(shuí)在為你服務(wù)?！?/p>

建立良好的商業(yè)模式，使更多行業(yè)和領(lǐng)域受益于超算

近年來，我國(guó)在超算互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)開展了一些探索和實(shí)踐。

比如，國(guó)家超算無錫中心聯(lián)合國(guó)家超算廣州中心等超算中心，以及清華大學(xué)、之江實(shí)驗(yàn)室等應(yīng)用單位開展了超算互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系和應(yīng)用模式研究；山東上線超算互聯(lián)網(wǎng)工程，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和算力的互聯(lián)互通，打造“山東算網(wǎng)”。2023年10月，工業(yè)和信息化部等6部門印發(fā)了《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，提出“探索構(gòu)建布局合理、泛在連接、靈活高效的算力互聯(lián)網(wǎng)”。

中國(guó)科學(xué)院院士鄂維南認(rèn)為，國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用生態(tài)的打造，有利于降低超算應(yīng)用門檻，加快科學(xué)計(jì)算和人工智能等技術(shù)的發(fā)展。華大生命科學(xué)研究院生物信息首席科學(xué)家黎宇翔表示，有了國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)，相當(dāng)于打通了算力服務(wù)的“最后一公里”，可以基于自己的平臺(tái)跟國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，進(jìn)行跨區(qū)域的數(shù)據(jù)傳輸和計(jì)算，選擇最合適的算力類型，適配具體的應(yīng)用。

在國(guó)家超算天津中心黨組書記、應(yīng)用研發(fā)首席科學(xué)家孟祥飛看來，經(jīng)過多年發(fā)展，我國(guó)超算研制和建設(shè)已經(jīng)規(guī)?；?，形成了廣泛的超算算力布局能力?！皬乃懔┙o側(cè)來說，超算‘微—宏’架構(gòu)差異越來越大，可擴(kuò)展性、可靠性、可編程性等方面也面臨巨大的挑戰(zhàn)。新的數(shù)據(jù)范式的發(fā)展，使得超級(jí)計(jì)算機(jī)要兼顧數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等各方面的應(yīng)用需求，它的支撐能力也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。從需求側(cè)來說，重大科學(xué)與工程領(lǐng)域面臨巨大的多元化算力需求，而多學(xué)科交叉、多領(lǐng)域團(tuán)隊(duì)協(xié)同的系統(tǒng)性創(chuàng)新，底層需要有一個(gè)綜合能力的信息化載體、算力載體來支撐?！?/p>

中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)教授鄭緯民認(rèn)為，推動(dòng)國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)再上新臺(tái)階，一是要提升平臺(tái)的互聯(lián)帶寬，二是要將超算節(jié)點(diǎn)之間的互通做好，統(tǒng)一編程框架，使一個(gè)程序可以在不同機(jī)器上運(yùn)行，三是要進(jìn)一步挖掘超算互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的新應(yīng)用。

錢德沛說：“構(gòu)建支撐應(yīng)用的國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)，不單要做網(wǎng)絡(luò)，更重要的是建立超算互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上各角色之間良好的商業(yè)模型，鼓勵(lì)更多的力量投入超算應(yīng)用事業(yè)，使更多行業(yè)和領(lǐng)域受益于超算，讓超算資源得到充分應(yīng)用，成為支撐國(guó)家創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施。”