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【瞭望】中国工程院院士 湘江实验室主任 陈晓红:抢占全球先进计算产业制高点
发表时间: 2022-11-09 10:37:54 点击次数:

文丨《瞭望》新闻周刊记者 张玉洁

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陈晓红院士(左二)带领团队做研究 受访者供图

◇当今世界已经来到了一个在先进计算领域群雄逐鹿、重点角力的时代,应从战略高度对其加以重视

◇我国先进计算发展正处于一个破除短板、厚植基础、蓄力爆发的阶段。在数字经济不断做强做优做大、国家治理体系和治理能力现代化不断推进的趋势下,发展态势持续向好

◇从产业技术创新能力、产业生态构建和国际合作三大方面入手,积极抢占全球先进计算产业制高点

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“当前,先进计算已成为各国博弈的前沿领域。我国先进计算产业在基础理论、计算系统、企业布局等方面已有一定储备,市场空间广阔。”中国工程院院士、湘江实验室主任、湖南工商大学党委书记陈晓红说。

先进计算作为在计算方式、位置、算法或机理等方面产生的新兴技术及产业的统称,具有先进性、泛在性、多样性。在陈晓红看来,大力发展先进计算,对加快经济社会发展、重塑产业竞争优势,具有重要战略意义。

如何理解先进计算的战略意义和发展规律?怎样准确把握我国先进计算发展状况,从而积极抢占全球先进计算产业制高点?《瞭望》新闻周刊记者就此专访了陈晓红。

深刻理解先进计算的战略意义

《瞭望》:如何看待当前先进计算的现实重要意义和产业发展前景?

陈晓红:我认为,当今世界已经来到了一个在先进计算领域群雄逐鹿、重点角力的时代,应从战略高度对其加以重视。

一是先进计算已成为世界科技竞争与产业革命的主战场,是重大科技创新领域的必争之地。当今世界正处于新一轮科技革命和产业变革的交汇期,以先进计算为代表的新一代数字技术,已成为推动经济社会发展的新引擎,引发产业模式、运营模式、消费结构和思维方式的深刻变革。先进计算核心技术是高效能处理海量数据资源的关键,在数据已成为重要生产要素及国家基础性战略资源的情况下,谁掌握了数据资源获取能力,便能在数字技术全球竞争中掌握主动。

二是发展先进计算已成为促进经济社会全面数字化转型,建设制造强国、网络强国、数字中国的必然之举。算力是数字经济时代的核心生产力,数据是数字经济时代的“石油”,爆发性增长的海量数据成为当代信息社会的新标志。全方位促进我国产业数字化和数字产业化,打造面向未来的数字经济高地,亟需海量大数据、高性能算力、高效能算法以及算网融合的强劲支撑。我们迫切需要通过云-端的新计算体系结构,构建大规模数据处理平台和智能计算模型等,促进制造模式、生产组织方式和产业形态的深刻变革。

三是发展先进计算已成为攻克我国信创领域关键“卡脖子”技术和发展颠覆性技术的必经之途。先进计算包括算力、算法、算据、算网等要素,先进计算产业链包括核心元器件层、整机层、基础软件层、平台层、应用层、数据层、理论层等层次,这些都是信创领域发展的关键所在。要在作为推动经济发展重要抓手的信创领域掌握主动,就要重视发展好先进计算。

《瞭望》:世界计算大会永久落户湖南省长沙市,成为行业发展的重要风向标之一。当前,湖南在先进计算及相关产业生态建设方面有何重要举措?

陈晓红:湖南在超级计算领域居于国内乃至世界领先水平。当前,湖南省紧扣先进计算与人工智能,着力打造高能级科技创新平台——湘江实验室。实验室紧扣国家创新驱动发展的重大战略需求,加强基础研究和应用基础研究,突破系列“卡脖子”技术、“0到1”关键核心技术,推动先进计算、人工智能等新技术与装备制造、信创、物联网等产业深度融合,加快推动数字经济提质增效与智慧社会治理创新,打造先进计算与人工智能领域战略科技力量,成为国家信创领域的原创理论研究中心、关键技术创新高地和现代产业赋能基地,努力在实现高水平科技自立自强中作出积极的贡献。这是省委省政府赋予的使命,也是我们的担当。

科学认识先进计算的发展趋势

《瞭望》:先进计算的发展趋势主要是什么,应从哪些方面适应经济社会的进步?

陈晓红:综合分析来看,我认为先进计算的发展体现出以下四个方面的趋势。

一是数据增长和行业需求在驱动发展加速。据预测,至2025年,全球数据规模有望从2018年的33ZB(泽字节)增长到175ZB,数据存储、传输、处理的需求呈指数级增长。物联网数据的海量性、多态性、异构性、时效性,对边缘计算提出了更高要求;人工智能对于计算力的需求,远远超出了通用计算技术的发展水平,加速异构计算技术的发展。VR/AR、自动驾驶等新兴应用,也需要海量数据的实时处理能力和交互时延的支撑。

二是体系性综合性结构创新正不断演进。从以分布式计算、芯片工艺、结构的硬件创新为主,逐步拓展到材料、算法、软件等并行,最终向基础理论的发展应用演进。数据中心算力多样化成为趋势,计算芯片的通用化、专业化将并行发展;系统架构将从以通用处理器为中心向以内存为中心演进。基础计算模式朝着多核并行、异构并行、边缘计算等体系架构创新演进。软硬系统垂直整合正成为布局焦点。

三是信息领域从单点场景向多元布局延伸。随着大数据、人工智能、物联网等新兴技术的发展,先进计算将从电子信息、软件信息等层面的创新,进一步与各个产业领域交互融合,在工业、交通、教育、金融、医疗、零售、娱乐等诸多领域深度渗透。未来将在大数据分析、机器学习、化学反应、材料设计、药物合成、密码破译、军事气象等方面起到决定性作用,产生颠覆性影响。

四是算力、算法、算据等方面正加快升级。计算机硬件单元与架构的创新演进,为构建先进、普惠的新型计算社会提供有力的基座支撑。算法能级不断跃升,传统硅基计算技术向类脑计算、高效能计算领域拓展;量子、光子等前沿理论架构成为计算新方向。数据存储密度、读写效率不断提升,整体架构向着高性能、高可靠、高扩展性迈进;计算单元与存储单元日益融为一体,可实现高能效并发运算。

准确把握我国先进计算发展状况

《瞭望》:如何客观看待当前我国先进计算技术和产业发展情况?

陈晓红:在我看来,我国先进计算发展正处于一个破除短板、厚植基础、蓄力爆发的阶段,在数字经济不断做强做优做大、国家治理体系和治理能力现代化不断推进的趋势下,发展态势持续向好。

技术跃升条件已基本具备。构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局等带来巨大市场需求,在线教育、远程会议、在线医疗、社交电商等数字经济业态快速发展,为先进计算带来了更多发展机遇。近年来,我国海量数据向异构化、多模化、泛在化等形态演进发展,面向诸多行业领域的系列区域性服务器、个人计算机整机品牌等应用推广密集落地,生态布局呈“军团式”兴起态势,自主演进架构生态在加速形成。

部分领域跻身领先行列。近年来我国在人工智能、高性能计算、量子计算等方面,取得了一批原创成果,相关领域方向跻身世界先进行列。今年上半年的全球超级计算机500强榜单中,中国共有173台超算上榜,上榜总数蝉联第一;人工智能依托庞大的国内市场和用户群,在语音、视觉、传感等相关领域的技术持续突破。

规模带动效应逐步释放。我国拥有全球体量最大、用户最活跃的数据市场,和以人工智能、智能制造、自动驾驶、物联网等为代表的庞大应用市场。随着先进计算产业在政府决策、技术研发及各个行业的应用渐趋深化,其辐射带动规模将持续扩大。

同时,我国先进计算技术和产业仍存在一些短板:如超级计算、人工智能、量子计算、云计算等领域的原创性理论和核心技术突破有待加强,标准体系建设亟待完善,服务器操作系统的市场规模偏小,一些技术距离应用落地还有不小距离,等等。

积极抢占全球先进计算产业制高点

《瞭望》:从先进计算的未来前景和世界行业趋势来看,我国先进计算应该如何发力?

陈晓红:我认为应从产业技术创新能力、产业生态构建和国际合作三大方面入手,积极抢占全球先进计算产业制高点。

首先,着力提升产业技术创新能力。

在算力层面,着力突破高端通用芯片,持续提升通用处理器的单核、多核与多线程能力。布局下一代基于内存网络的分布式先进存储系统,突破大容量超高储能密度电容器的制备集成技术。聚力支持高端服务器。构建具有知识产权的开源基板管理控制器软件。升级人工智能框架、芯片、工具集等的性能。

在算法层面,支持发展安全可靠操作系统,突破系统调度、内存管理、虚拟化等操作系统核心技术。提升数据库性能指标。推动开源社区和统一数据库规范构建。支持计算工具链套件发展。发展模型自动压缩算法等推理加速算法,自动混合精度算法等训练加速算法。

在算据层面,提升数据融合分析能力,实现海量数据的多源、异地、异构融合分析。发展高性能数据存储。推动实现跨地域、跨数据源的端、边、云数据协同,及存储与计算、网络的高效协同。强化开源大数据引擎与生态标准统一规范,提升适用于存算一体的数据服务能力。

此外,围绕中央处理器芯片构建基础应用加速库,构建具有知识产权的编译器与工具链,加大围绕芯片的编程模型、编译优化、虚拟指令集等核心技术研发突破。

其次,大力推进计算产业生态构建。

加速推进先进计算领域软件研制、平台集成与应用示范。依托新基建建设,推动实现全域数据高速互联、应用整合调度分发以及计算力全覆盖。推动先进计算技术进一步下沉,通过产业智能化重塑与实体经济深度融合,完成从供给侧的技术驱动,向需求侧的场景化应用转型。优化“计算系统+应用+服务”的产业生态体系,加强产学研用研发力量协调和产业链上下游协同。研究制定产业和企业供应链安全评估评价体系,支持企业构建多元供应链体系。围绕中央处理器、内存、介质等,构建以国内知识产权为主导的开放标准。加强创新创业企业培育,强化骨干企业在重大专项创新突破上的主体地位,建设专业化众创空间,推动企业专精特新发展,形成各方深度交互、共生共荣的良好发展生态。

此外,积极加强国际深度合作。

加强高端芯片、高性能服务器、先进存储、汽车电子新型架构与计算平台等产业关键技术领域的国际合作,推动引资与引技、引智相结合。发展新型国际贸易,在具有条件的自贸区、开发区试点探索高标准的数据流动、隐私保护等规则,推动试点地区与全球相关地区的标准互认。鼓励支持国内外企业、行业组织在先进计算领域深入开展标准研制、技术验证、应用探索等方面交流合作。加速应用生态兼容实验室布局,促进我国和其他国家先进技术互相兼容认证。

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