工业领域

  未来的系统应该是怎样的系统呢?那个时候我开始重新思考,希望走到另外一条路上,这就是分布式超级计算。15年前,在中国香山会议上,我第一次发表了这一全新设计成果。我此前一直在寻找自然界中有哪些类似的设计结构,最终找到了,其实就是大脑。

  发布时间:2021-08-17 17:02来源:数字经济杂志作者:陈世卿 美国国家工程院院士、美国艺术与科学院院士

  我此前一直在研究超级计算机。全世界500强企业目前正在使用的超级计算机中,90%的超级计算机都是由20世纪80年代自美国开发并行的超级计算机演变而来,从1变成2,2变成4,4变成8,但系统架构就一直没变,现在只是并行数量越来越多、速度越来越快。在国家所需的计算任务越来越庞大、复杂之后,就出现了当前的“国家型超级计算机”。

  但15年前,我开始思考如何改变方向。因为这种超级计算机是集中式的,耗电量特别大。每一步计算需要机器至少消耗20GW,然后还会继续消耗更多电量。比如,济南超级计算机可能消耗100GW。这种机器自开始运行之后就会面临日益增多的耗电量,这显然不是政府机关可以支持的。

  因此,未来的系统应该是怎样的系统呢?那个时候我开始重新思考,希望走到另外一条路上,这就是分布式超级计算。15年前,在中国香山会议上,我第一次发表了这一全新设计成果。我此前一直在寻找自然界中有哪些类似的设计结构,最终找到了,其实就是大脑。

  我的研究方向开始从超级计算机转到脑科学领域,因为我发现人类大脑是非常有兴趣的。人类大脑控制、指挥了将近一千亿个神经元,每一个神经元都可以进行运算,而且随时随地都在运算,也可以随时进行休息。但是所消耗的能量非常低,只有20W不到。

  每个人的大脑里都是一个超级计算机,是老天赐予我们的,也是一个非常巧妙的组织架构。脑科学研究,也可以说是脑机融合的技术,正是人类大脑类脑计算领域当下正在研究的。80年代就覆盖了所有应用领域,因此超级计算机集中式地开始冲击了诸多大企业。

  可以看到,除了国防、太空、气象领域之外,大部分都是工业企业。全世界的石油公司在开采石油过程中都是利用超级计算机才能找到石油在哪里,包括中国的石油公司也是如此。第二个领域是航空领域,波音、空客等大型公司都在利用超级计算机模拟所有的空气气流情况。智能制造领域里,各种工艺全部使用超级计算机事先进行模拟,然后再去制造。但在国内,到目前为止现在还没有完成全部制程,因为还没有足够的经验。

  一般情况下,我们都认为核电会很危险,但是如果要实现2060年碳中和的目标,就一定要有核电助力。我国所有的海边城市全部都在利用核电。为什么敢这样做?就是因为核电设计得很好,在设计之中就已经把安全因素、考虑设计进去了,这样就可以保证安全。在核电方面,从20世纪80年代开始到现在,全国电力系统的供应中,80%的供应几乎全是依靠核电,而且到现在为止从来没出过任何危险事件。究其原因,就是因为从很早开始就已经采取超级计算机来做,已经事先把所有可能产生问题的各种场景全部模拟、计算清楚了。

  超级计算机包括上万个遥感器,如果哪一个遥感器出了问题,是可以提前侦测出来,并提前了解有哪些问题并进行事先模拟,这样就随时知道如何调控。我国目前25%的国家用电量都是用核电供应的,正因为事先用超级计算机进行了检验和安全设备的检测,就大幅提高安全性。

  现在已经进入了人工智时代,这些新技术不断涌现。进入下一个时代,就应该是人工智能下一代技术与超算的结合。我们现在进入了人工智能和智能化,在智慧城市领域中各位院士专家谈的更多的就是其中的应用场景,而且现在应用范围更大,覆盖的应用种类也更多。智慧城市中能源、健康、文创、交通、安防、农业、教育、制造、环保金融等领域均进入了智能化时代。智能化都需要智能超算,不单单是每一个点,而是每一个应用都需要一个超级计算机。因此,我们现在进入了另外一个层面,也就是分布式智能超算。在每个应用场景中,在每个社区、街道、产业园中均有超级计算机的应用,这才是未来的智能化时代。因此,我们需要培养这些人才,但目前这些人才在哪里呢?其实我们是找不到的。

  现在,我国要开始培养这些人才,并且现在就需要500万人的供应,而且这只是初步估计的数据。我国实际上每年可以培养出来多少人才呢?答案是大约5万人,并且每年在逐年增加。即使中国现在能够自主制造集中式的超级计算机,到现在我国超级计算机在各个应用场景中的覆盖和服务还是跟不上需求,所以,未来我国不能再重蹈覆辙了。我国目前的应用人才供应不能满足需求,主要是因为人才都是由国家单位集中培养,这些人才数量实在太少了,不仅无锡市需要这种人才,而且全中国各个地方都需要这种人才。

  我做的第一个大项目,是2004年进入中国深圳后研发的第三代超级计算机,是刀片式的,现在全世界所有的集中式超级计算机都在用这种系统架构。我们把大数据平台建立以后,就建立了医联体系统1.0版,探讨如何帮助治疗慢性病,并一直坚持了七年。后来,在无意中被某个卫生部长看到,他说这个架构将会是未来中国打造大健康体系的基础工具。因此可以看到,现在每一个省都有一个医联体系,也就是3.0版,但目前还没有达到最理想的目标。最理想的是全中国建成一个网络平台,最好做到全国一张网。

  到那时,比如某人心脏病发作了,但心脏病包括十几种类型,即使救护车可以把病人在20分钟内送到对应的医院,但不一定每个医院都能进行救治,所以医疗行业亟需利用人工智能化进行改革。现在是靠人工进行统计,而今后一定要利用人工智能去统筹。

  这其中所需的人才从何而来培养呢?对此,我们现在在四川省内成立了国内第一个AI+学院进行人才培养。目前成立了不同的多个实验室,包括脑机融合实验室、智能超算实验室、AI+实验室。目前一共13个学院,每个学院都有自身的AI+实验室,把人才一对一地结合起来。全民彩票

  比如AI+医疗中,华西医院就与我们学院紧密合作。华西医院中最具优势的是精神科,因此精神科接收的临床病人也很多,但不知道应该对他们进行事件分析。比如忧郁症应该是零级还是定为十级呢?如果只是零级,那就是简单的睡眠不好,而如果是达到了十级,那就可能产生跳楼的危险。在此时间点上,就需要送到我们实验室,由脑机融合实验室判断脑电波并借用智能超算对比大数据,最终得出事件分级。我们实验室现在准备在中国培养人才,并希望10年内建立100所人工智能AI+赋能的大学,在五年内复制20个学校并普及。我们第一年就完成了四个学校的赋能任务,而且目前还有几个学校在等待与我们合作。

  同样的,智能教育领域也有很多方面可以借助超级计算机加速,尤其是教育方面、物理方面,比如空气如何、光线如何,这都跟教育效率有关系。关于智能教育,我想多讲几句,现在的教育并没有把人类的大脑潜力完全开发出来,我国当下的教育中大部分是应试考试。我们现在正在研究一个理论,希望将来在中国可以建立以人工智能和脑科学结合的大学,从幼儿园到博士毕业,17岁就可以完成。再经历三年实习后,到20岁,人才就可以输送到社会上,这也是我们最大的愿望。

  这是什么原理呢?因为我们每个人自出生均有各自的天赋,所以从脑科学角度讲,应该尽早按照兴趣、天性发展孩子的未来。每个孩子生下来就具备五种天性(科学、技术、工程、艺术、医学),在这些天性的开发中和知识的学习中都可以利用人工智能加速学习进程,所以,我们今后有可能在20岁就可以把博士培养出来,然后将其经验释放在社会上,这就是未来中国的第二次人口红利。用科技的方法释放人类潜在价值和红利,这是我们目前建立试点的动力,也正在加紧把类似的未来大学成立出来。

  在能源方面,涉及到光电、光热、生物能源等问题,将来碳中和不得不面临这些领域,因此我们有很多项目是研究在这些领域如何实现智能化。最有意思的是配电领域,大家不一定要从耗电角度思考这一问题,而是可以从节电角度思考。

  我们现在有一个团队正在研究如何将现有用电设备智能化并降低所消耗的电费,我们还设计了最新的服务模式。

  另外,还有很多方面可以应用智能技术,比如文创领域。电影《阿凡达》拍摄中使用了10部大型照相机,而在将来我们可以把中国所有的著名故事像阿凡达一样拍摄成电影成果,让中国故事走向世界。比如,电影《花木兰》就是中国故事在好莱坞实现盈利的绝佳例子。当我们把中国故事用科幻题材、高精度超算能力表现出来,生产中国文化精品,那么只要一部电影的成功就可以把中国所有学校的学生人才利用起来,还可以在家里工作。

  农业领域也是很重要的应用领域之一。现在每个人都能吃得饱,但以前有人是吃不饱的。现在吃得饱,但不见得每个人都吃得好。这主要是由于以前都是靠生态种植,但现在都是依靠化肥种植。将来,农村将会建成智慧农村,包括智慧农村基础设施、生态农业。在此方面,我们已经将自身技术与清华大学展开合作,可以将营养物质从大分子变成小分子随后输送到土地,让土壤中种子吸收更多的营养。这样一来,不但农作物长得好,还可以吸收二氧化碳,将来大农业对中国碳中和的实现也会助力多多。

  在城市的交通建设中,我们现在也在很多城市进行不同的设计工作。包括大政府的设计都需要从长计议。未来,每个社区、街道都可以成立自己的智能超算中心,那时,将会依靠大数据收集应用场景的所有信息,而且不是集中式的,将是分布式的。我们认为,每个城市都有这样的机遇,但必须要有一个终极目标。我们团队立志做以上研究并不是单纯为了赚钱,而是要造福社会底层民众,这就是我们的终极目的。

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