超算在海洋大數(shù)據(jù)和信息產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

張銘君 馮海洲

摘要：海洋信息產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)多維度、復(fù)雜、海量數(shù)據(jù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，隨著信息技術(shù)的不斷增長(zhǎng)，超算技術(shù)為海洋研究帶來(lái)的強(qiáng)大的技術(shù)支撐，所以不斷拓展基于超算的海洋大數(shù)據(jù)及信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用，是推動(dòng)海洋信息業(yè)快速發(fā)展的必經(jīng)之路。本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前超算在海洋大數(shù)據(jù)及信息產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，分析了國(guó)內(nèi)外超算技術(shù)、海洋大數(shù)據(jù)和信息產(chǎn)業(yè)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，以期能為海洋信息產(chǎn)業(yè)的決策和后續(xù)發(fā)展提供有價(jià)值的實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：超算;海洋大數(shù)據(jù);海洋信息;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP393 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）25-0220-03

隨著海洋觀測(cè)、模擬手段的快速提升和數(shù)據(jù)科學(xué)的重大突破，海洋數(shù)據(jù)量急速攀升，海洋數(shù)據(jù)已然成為“大數(shù)據(jù)”的典范。當(dāng)前海洋數(shù)據(jù)量已達(dá)到EB級(jí)，需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)智能處理分析能力，除此以外，數(shù)值模擬也是物理海洋、海洋生態(tài)、海洋地質(zhì)等領(lǐng)域的重要研究手段，需要大規(guī)模高性能計(jì)算能力。而超級(jí)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，成為支撐這些研究的核心要件。隨著海洋數(shù)據(jù)量的不斷增長(zhǎng)，海洋研究必須依靠性能更加強(qiáng)大的巨型計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理模擬，不斷拓展基于超算的面向個(gè)性化服務(wù)的海洋大數(shù)據(jù)系列產(chǎn)品，推動(dòng)海洋信息業(yè)的快速發(fā)展。本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前超算在海洋大數(shù)據(jù)及信息產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，分析超算技術(shù)、海洋大數(shù)據(jù)和信息產(chǎn)業(yè)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，以期能為海洋信息產(chǎn)業(yè)的決策和后續(xù)發(fā)展提供有價(jià)值的實(shí)踐參考。

1 超級(jí)計(jì)算

超級(jí)計(jì)算，即超級(jí)計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱超算），又稱高性能計(jì)算，由眾多處理器組成的計(jì)算機(jī)，可以處理完成普通服務(wù)器或者計(jì)算機(jī)無(wú)法完成的超量計(jì)算任務(wù)[1]，是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究領(lǐng)域的重要前沿性分支。當(dāng)前，超算作為“現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的大腦”，能算天，能算地，能算人等，已成為解決國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域重大挑戰(zhàn)性問(wèn)題的重要手段，也是世界各國(guó)爭(zhēng)奪的一個(gè)戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

1.1 國(guó)外超算技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

美國(guó)一直都非常重視超算技術(shù)的發(fā)展，其在理論研究、系統(tǒng)研制、服務(wù)應(yīng)用、人才智力、資金支持等方面都具有較大優(yōu)勢(shì)[2]。早在20世紀(jì)70年代初，美國(guó)就已經(jīng)率先研制出了每秒運(yùn)行1億次的巨型計(jì)算機(jī)。在近期，第34屆國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)上，美國(guó)的“頂點(diǎn)”和的“山脊”分別獲得最新一期的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500榜單的第一和第二 [3]。近兩年來(lái)，美國(guó)還宣布了三套百億億次超算（E級(jí)超算）計(jì)劃，日本的超算技術(shù)也一直保持國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。日本重視超算系統(tǒng)對(duì)社會(huì)應(yīng)用的貢獻(xiàn)，致力于將高性能計(jì)算與不同研究領(lǐng)域進(jìn)行結(jié)合，尤其是藥物研制、醫(yī)療保健、自然災(zāi)害預(yù)防、能源環(huán)境保護(hù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題等，以促進(jìn)科學(xué)研究推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。早在 2006年，日本研發(fā)了國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)“京（K）”，曾列全球超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度排行榜首位。在2014年6月日本宣布啟動(dòng)“post-K”E級(jí)計(jì)劃，該項(xiàng)目用于國(guó)家高性能計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[2]。2019年8月日本又推出新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)——基于ARM架構(gòu)的“富岳”，其最高性能可超400P，目前選定了新藥研發(fā)、地震海嘯模擬和集中暴雨預(yù)測(cè)等9個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，期望“富岳”可以完成平均37倍以上的加速。

近年來(lái)歐洲各國(guó)也下定決心大力研發(fā)超算技術(shù)。2013 年，歐盟啟動(dòng)“Horizon 2020”計(jì)劃，將在 2014-2020 年投入7億歐元開(kāi)展研究 “面向百億億次的高性能計(jì)算”。2017年歐盟委員會(huì)提出“European High Performance Computing Common Plan”，并在歐盟成員國(guó)中選定八個(gè)城市建設(shè)“世界級(jí)”超級(jí)計(jì)算機(jī)中心，其中三個(gè)超算中心的運(yùn)行能力將達(dá)到每秒15億億次浮點(diǎn)，而其余地方的超算能力將達(dá)到每秒4000萬(wàn)億次浮點(diǎn)，預(yù)計(jì)2020年下半年對(duì)外開(kāi)放，屆時(shí)歐洲各國(guó)的科研、工業(yè)以及各個(gè)公共部門(mén)都可以使用，將被應(yīng)用在醫(yī)療健康、藥物研發(fā)、生物技術(shù)和工程、材料設(shè)計(jì)、氣候預(yù)測(cè)等方面。此外，歐洲各國(guó)也出臺(tái)了若干個(gè)發(fā)展項(xiàng)目。例如，德國(guó)的“E級(jí)創(chuàng)新中心計(jì)劃”;西班牙的百億億次“EU Mont-Blanc 計(jì)劃”;法國(guó)公牛公司的“SEQUANA計(jì)劃”等[2]。在2019年6月份最新一期的“全球超級(jí)計(jì)算機(jī) 500 強(qiáng)榜單”上，法國(guó)、英國(guó)和德國(guó)的超算上榜數(shù)量位列第四、第五和第六，其中，進(jìn)入榜單的浮點(diǎn)運(yùn)算速度均已突破每秒千萬(wàn)億次，最低門(mén)檻是每秒1022 萬(wàn)億次。

1.2 中國(guó)超算技術(shù)

中國(guó)的超算水平早已達(dá)國(guó)際一流，尤其是在技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，取得了優(yōu)異的成績(jī)。自2009年，國(guó)家超算天津中心成立，正式揭開(kāi)了超算發(fā)展的大幕。截至目前，天津、濟(jì)南、深圳、長(zhǎng)沙、廣州、無(wú)錫、鄭州7家國(guó)家超算中心已相繼建成并投入運(yùn)營(yíng)。其中，以“天河”“神威”“曙光”等為代表的中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一直處于國(guó)際領(lǐng)先位置，在2019年6月，“全球超級(jí)計(jì)算機(jī) 500 強(qiáng)榜單”上，中國(guó)境內(nèi)有 219臺(tái)超算上榜，數(shù)量蟬聯(lián)第一;聯(lián)想集團(tuán)、浪潮集團(tuán)和中科曙光的超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量位列全球制造商的前三，分別為173、71和 63 臺(tái)[3];在運(yùn)行速度上，“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”分別位于第三、第四位。在應(yīng)用推廣方面，中國(guó)超算在2016 和2017年連續(xù)兩次獲得國(guó)際高性能計(jì)算機(jī)的最高獎(jiǎng)——戈登貝爾獎(jiǎng)，分別是“神威·太湖之光”的“全球大氣非靜力云分辨模擬”;“高分辨率海浪數(shù)值模擬”;“鈦合金微結(jié)構(gòu)演化相場(chǎng)模擬”，在這3項(xiàng)中已經(jīng)有2項(xiàng)的性能達(dá)到了30-40 PFLOPS。

隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，百億億次（E級(jí)）超算逐漸進(jìn)入大眾的視線，其引領(lǐng)著超算技術(shù)進(jìn)入下一個(gè)更快速的時(shí)代，是全球爭(zhēng)搶的科技制高點(diǎn)，它將在解決人類共同面臨的能源危機(jī)、污染和氣候變化等重大問(wèn)題上發(fā)揮巨大作用，是各國(guó)競(jìng)相爭(zhēng)奪的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。目前，中國(guó)、美國(guó)、日本和歐盟均提出研制百億億次計(jì)算機(jī)計(jì)劃。我國(guó)在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》中，專門(mén)針對(duì)超算技術(shù)設(shè)立了重點(diǎn)專項(xiàng)計(jì)劃，旨在攻關(guān)百億億次級(jí)計(jì)算核心技術(shù)難點(diǎn)。在國(guó)家“十三五”高性能計(jì)算專項(xiàng)課題中，規(guī)劃了三個(gè)E級(jí)超算的原型機(jī)系統(tǒng)——神威E級(jí)原型機(jī)、“天河三號(hào)”E級(jí)原型機(jī)和曙光E級(jí)原型機(jī)系統(tǒng)。

2 海洋大數(shù)據(jù)和信息產(chǎn)業(yè)

2.1 海洋信息產(chǎn)業(yè)

海洋信息涉及眾多領(lǐng)域的數(shù)據(jù)資源，例如海洋生物、海洋生態(tài)、氣象、地理地質(zhì)、生物化學(xué)等，還涵蓋人工智能、網(wǎng)絡(luò)信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子科學(xué)等方面內(nèi)容，數(shù)據(jù)種類繁雜，屬于綜合性多學(xué)科交叉的新型研究領(lǐng)域[4]。在高速發(fā)展的信息時(shí)代，海洋信息產(chǎn)業(yè)已步入大數(shù)據(jù)時(shí)代。海洋信息含有巨量的海洋數(shù)據(jù)，而且，相比于其他一般領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，海洋數(shù)據(jù)因?yàn)槌尸F(xiàn)出數(shù)據(jù)量大、分布廣泛、種類繁雜、時(shí)效性高等方面的特點(diǎn)，所以一直保持著極高的獨(dú)特性和處理難度[5]。隨著空間信息技術(shù)、各類探測(cè)設(shè)備及計(jì)算模擬的發(fā)展， 致使約占地表總面積71%的海洋資源迅速積累，海洋科學(xué)研究進(jìn)入密集型數(shù)據(jù)時(shí)代，全方位、連續(xù)、多源、立體的觀測(cè)技術(shù)使得海洋信息數(shù)據(jù)存量早已達(dá)到EB級(jí)別，日增量也達(dá)到TB級(jí)別[6， 7]，海洋數(shù)據(jù)早已成為大數(shù)據(jù)的典型。作為一種極具價(jià)值的資源，海洋大數(shù)據(jù)現(xiàn)已成為海洋信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根基，其不僅是實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國(guó)、維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益、開(kāi)發(fā)海洋資源、拉動(dòng)海洋經(jīng)濟(jì)的保障，更是被多國(guó)列入國(guó)家整體發(fā)展戰(zhàn)略之中。

2.2 海洋大數(shù)據(jù)

當(dāng)前，海洋大數(shù)據(jù)的來(lái)源主要是海洋科考船、海洋浮標(biāo)、海洋潛水器、海洋遙感、海洋觀測(cè)網(wǎng)等海洋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。截至2018年，全球超過(guò) 40 個(gè)國(guó)家擁有海洋科考船，總數(shù)量超過(guò) 500 艘;根據(jù)ARGO全球海洋觀測(cè)網(wǎng)計(jì)劃，全球海洋浮標(biāo)數(shù)量已經(jīng)達(dá)到1.6萬(wàn)個(gè)，預(yù)計(jì)到2025年，剖面浮標(biāo)將達(dá)到4700個(gè)，觀測(cè)范圍將擴(kuò)大到海面2000 m以下;目前，中國(guó)“蛟龍”號(hào)潛水器的下潛深度已達(dá)到7062m;預(yù)測(cè)到2030年，全球海洋遙感衛(wèi)星將達(dá)到271顆[8]。海洋大數(shù)據(jù)的獲取已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多元立體化發(fā)展，但其重難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的分析，這其中主要涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)可視化表達(dá)等。目前，對(duì)中國(guó)而言，絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)還是用集中式的服務(wù)器存儲(chǔ)，但是隨著探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，海洋數(shù)據(jù)量突飛猛進(jìn)，這些服務(wù)器的存儲(chǔ)能力有限，今后將難以滿足在線存儲(chǔ)資源的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展以及離線數(shù)據(jù)的獲取需求。而在海洋數(shù)據(jù)挖掘分析領(lǐng)域，由于海洋大數(shù)據(jù)的時(shí)空和地理特性，數(shù)據(jù)量龐大、多維度且關(guān)聯(lián)復(fù)雜，對(duì)挖掘算法及其效率有極高的挑戰(zhàn)。可視化是進(jìn)一步認(rèn)知海洋的有效途徑，但是伴隨著數(shù)據(jù)量的持續(xù)攀升，科研人員對(duì)于可視化呈現(xiàn)、分析技術(shù)、處理能效等方面的要求將越來(lái)越高，今后不僅需要實(shí)時(shí)反映數(shù)據(jù)的特征，保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性，更要確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新和準(zhǔn)確地繪制，在這一方面就對(duì)整個(gè)可視化處理系統(tǒng)提出了更高的承載和處理要求[8]。

2.3 中國(guó)海洋信息化建設(shè)及海洋大數(shù)據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀

海洋信息化建設(shè)是我國(guó)重要的發(fā)展戰(zhàn)略之一。自“十三五”期間，中國(guó)便開(kāi)始全面布局海洋信息化建設(shè)，要求加大力度攻關(guān)海洋信息領(lǐng)域核心技術(shù)，加強(qiáng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)在海洋領(lǐng)域的深度融合，著力打造信息透徹、超算互聯(lián)互通、共享共建的現(xiàn)代化海洋信息化體系。近年來(lái)，中國(guó)還啟動(dòng)“智慧海洋”工程建設(shè)，要讓信息變成知識(shí)來(lái)服務(wù)海洋，充分利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)海洋信息的智能挖掘和應(yīng)用，并明確以信息主導(dǎo)、體系建設(shè)“智慧海洋”是實(shí)現(xiàn)我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的長(zhǎng)遠(yuǎn)抓手[9]。

近年來(lái)，我國(guó)各級(jí)政府都在大力推進(jìn)海洋電子政務(wù)工程，不僅建設(shè)并完善了各類海洋專題服務(wù)型網(wǎng)站和國(guó)家海洋局政府網(wǎng)站，還研發(fā)了多個(gè)海洋領(lǐng)域的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，例如，海洋氣候預(yù)報(bào)、海洋環(huán)保、海島保護(hù)、海域使用等。站在海洋大數(shù)據(jù)發(fā)展的角度，我國(guó)在海洋數(shù)據(jù)探測(cè)獲取、存儲(chǔ)管理、分析處理等領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)步，但是還是落后于海洋地理信息技術(shù)和探測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展。當(dāng)前，海洋信息量正成快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，人們對(duì)海洋信息產(chǎn)品和服務(wù)要求也在不斷增多和提高，傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的海洋信息化過(guò)程已經(jīng)不能滿足時(shí)代發(fā)展要求，尤其，又因?yàn)楹Ｑ髷?shù)據(jù)高價(jià)值、多源、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、敏感等特點(diǎn)，更增加了海洋信息化的難度，所以更加迫切需要?jiǎng)?chuàng)新高效的信息處理技術(shù)，以此發(fā)掘海洋數(shù)據(jù)更廣泛的價(jià)值，帶動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代。在我國(guó)海洋信息化戰(zhàn)略推進(jìn)的過(guò)程中，面臨的重大問(wèn)題是順應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的浪潮中，如何運(yùn)用大數(shù)據(jù)思維和技術(shù)，針對(duì)海洋數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對(duì)海洋觀測(cè)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、模擬分析等進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)、高效地分析和處理，挖掘更多海洋大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)，使海洋大數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值最大化，充分發(fā)揮海洋信息產(chǎn)業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和國(guó)民生活的帶動(dòng)作用[10]。

3 超算技術(shù)在海洋大數(shù)據(jù)和信息產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用情況

隨著海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，以及海洋科學(xué)與數(shù)據(jù)科學(xué)等學(xué)科的深入交叉融合，海洋數(shù)據(jù)量和類型都在急速增長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2030年，海洋數(shù)據(jù)量規(guī)模將從目前的約60PB增長(zhǎng)至350PB以上，對(duì)海洋數(shù)據(jù)研究和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而言，這將是巨大的挑戰(zhàn)。所以亟需與更先進(jìn)和高效的技術(shù)工具結(jié)合。而超級(jí)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為全球科學(xué)家解決社會(huì)、環(huán)境及人類等重大關(guān)鍵問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的助力。同樣，對(duì)于海洋領(lǐng)域，超算也成為人們認(rèn)識(shí)海洋、探索海洋的利器。

3.1 海洋環(huán)境預(yù)報(bào)

氣候氣象領(lǐng)域一般含有大量的數(shù)據(jù)，是超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的經(jīng)典領(lǐng)域，尤其是全球氣象預(yù)報(bào)和海洋動(dòng)力學(xué)過(guò)程。巨型計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在海洋動(dòng)力過(guò)程與全球氣象數(shù)值模擬計(jì)算中，對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行的動(dòng)態(tài)仿真，獲取海洋環(huán)境綜合信息，建立預(yù)測(cè)系統(tǒng)，掌握海洋環(huán)境變化，從而提升海洋環(huán)境預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)用超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬了厄爾尼諾現(xiàn)象;美國(guó)加州工學(xué)院地球與空間科學(xué)分部利用超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)海洋環(huán)流模型程序進(jìn)行了測(cè)試，運(yùn)行效率是單處理器時(shí)250倍左右[11];中國(guó)海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)地球流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)大氣科學(xué)研究中心、澳大利亞科學(xué)與工業(yè)研究機(jī)構(gòu)、歐洲天氣預(yù)報(bào)中心等多家世界頂級(jí)海洋研究單位共同合作利用超算技術(shù)模擬計(jì)算了未來(lái)500年全球海洋氣象變化的過(guò)程，并將精度控制在了10公里以內(nèi);中國(guó)海洋試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室借助超算技術(shù)對(duì)中國(guó)海洋絲綢之路上的西太平洋─南海─印度洋區(qū)域進(jìn)行了海洋氣候預(yù)報(bào)，精度達(dá)到了世界領(lǐng)先的3公里，時(shí)間期限是未來(lái)15天。

3.2 古氣候模擬

將古代氣候觀測(cè)資料數(shù)據(jù)用海洋氣候模擬的方式展現(xiàn)出來(lái)，有助于了解古代氣候變化、驗(yàn)證現(xiàn)代氣候現(xiàn)象、以及預(yù)測(cè)未來(lái)海洋氣候變化。但是氣候模擬嚴(yán)重依賴于計(jì)算效率和計(jì)算資源，過(guò)去傳統(tǒng)的模式受限于計(jì)算技術(shù)，通常只能做短期的古氣候切片模擬，或者不同時(shí)候的耦合試驗(yàn)，無(wú)法對(duì)深海環(huán)流的緩慢變化進(jìn)行研究模擬，更難以根據(jù)古氣候資料預(yù)測(cè)和追蹤未來(lái)海洋氣候的變化。近年來(lái)，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)和美國(guó)大氣科學(xué)研究中心等多家知名科研單位共同合作借助超算技術(shù)，在氣候模式上引入多種同位素模塊，模擬了過(guò)去兩萬(wàn)一千年來(lái)全球同位素與氣候的演變;德國(guó)的海洋研究學(xué)者也借助超算技術(shù)實(shí)施了一個(gè)古氣候模擬試驗(yàn)，計(jì)劃對(duì)近10萬(wàn)年來(lái)的整個(gè)地球系統(tǒng)冰期—間冰期大旋回進(jìn)行長(zhǎng)期持續(xù)的模擬;中國(guó)海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也與多所知名院校科研單位進(jìn)行了合作研究，同樣借助超算技術(shù)，采用包含同位素模塊的較高分辨率地球系統(tǒng)模式模擬兩萬(wàn)五千年前的全球同位素與氣候協(xié)同演變。

3.3 海洋藥物

海洋是地球上最復(fù)雜、最龐大的生態(tài)系統(tǒng)，由于其特殊的地理環(huán)境，生活在海洋中的生物成為醫(yī)療領(lǐng)域的寶藏，為醫(yī)藥研究提供了大量的而獨(dú)特的生物基因和化合物資源。其中，海洋生物占地球總生物的70%以上，但是由于海洋生物獲取難、計(jì)算難、實(shí)驗(yàn)難，在藥源生物中僅貢獻(xiàn)1%。當(dāng)前，隨著超算技術(shù)的迅猛發(fā)展，其在生命科學(xué)的研究中逐漸體現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。尤其是在海洋醫(yī)藥領(lǐng)域，將超算技術(shù)與藥物設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過(guò)提取藥物的分子結(jié)構(gòu)，來(lái)計(jì)算是否能作用到人體上，從而助推新藥的研發(fā)。截至2019年，海洋試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已完成170多個(gè)成藥靶點(diǎn)與全部已知35000余個(gè)海洋化合物的對(duì)接，準(zhǔn)確率由國(guó)際上20%躍升到70%，基本建成基于智能超算與生物實(shí)測(cè)耦合的海洋藥物發(fā)現(xiàn)體系，其中包括海洋天然產(chǎn)物三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、智能超算海洋藥物篩選技術(shù)。

3.4 海洋勘探

認(rèn)識(shí)海底、開(kāi)發(fā)海洋資源是人類一直以來(lái)的努力方向，這不僅能有效緩解陸地資源不足的困境，還能有極大地預(yù)防和減輕海洋地質(zhì)災(zāi)害所帶來(lái)的損失，從而保障人民安居樂(lè)業(yè)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。海洋勘探包括對(duì)海洋地質(zhì)學(xué)的研究和海底能源的探測(cè)，海洋地質(zhì)學(xué)研究需要超高精度的模擬，需要跨越不同時(shí)空和空間以對(duì)地球運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行模擬探索，之前受制于計(jì)算能力，地球動(dòng)力學(xué)模擬存在不精細(xì)、時(shí)間冗長(zhǎng)的問(wèn)題;而海洋能源勘探離不開(kāi)對(duì)海底復(fù)雜構(gòu)造和復(fù)雜巖性的觀察分析，這就需要對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的高精度成像與反演[12]，而之前受制于運(yùn)算量和存儲(chǔ)量的限制，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)深海的精確勘探。超算技術(shù)的發(fā)展為這些領(lǐng)域帶來(lái)了新的技術(shù)手段，將解決當(dāng)前困境，極大提高勘探效率，加速海洋勘探的研究速度。

4 總結(jié)

通過(guò)分析超算和海洋信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)超算有利于提高海洋預(yù)測(cè)精度，為氣候預(yù)報(bào)、海洋藥物研發(fā)、資源勘探等提供支撐。未來(lái)，是計(jì)算速度的時(shí)代， 也是海洋的時(shí)代。將超算與海洋聯(lián)系打造智慧海洋，將很大程度改變未來(lái)世界發(fā)展的方向。未來(lái)的智慧海洋，必將為人類帶來(lái)用之不竭的財(cái)富。但是基于目前現(xiàn)狀，超算在海洋信息領(lǐng)域的應(yīng)用還存在局限性，應(yīng)用領(lǐng)域亟須進(jìn)一步拓展，以更好地滿足人類社會(huì)的發(fā)展。未來(lái)超算可以繼續(xù)推廣應(yīng)用到工程裝備、海洋智能計(jì)算、海洋漁業(yè)、海洋經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域，通過(guò)超算技術(shù)，推動(dòng)海洋信息行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 本刊綜合.超算：比你想的更接地氣[J].發(fā)明與創(chuàng)新·大科技，2019（11）：50-51.

[2] 歷軍.中國(guó)超算產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2019，34（6）：617-624.

[3] 中國(guó)蟬聯(lián)全球超算500強(qiáng)上榜數(shù)量第一[J]. 智能制造，2019（7）：15.

[4] 王偉. 大數(shù)據(jù)時(shí)代海洋信息技術(shù)發(fā)展探討[J]. 中國(guó)管理信息化，2020， 23（4）：185-186.

[5] 張博. 大數(shù)據(jù)時(shí)代海洋信息技術(shù)發(fā)展探討： 第三屆海洋開(kāi)發(fā)與管理學(xué)術(shù)年會(huì)[Z]. 中國(guó)安徽合肥： 20196.

[6] TolleKM，Tansley DSW，HeyAJG.Thefourthparadigm：data-intensivescientificdiscovery [point of view[J].Proceedings of the IEEE，2011，99（8）：1334-1337.

[7] 劉帥，陳戈，劉穎潔，等.海洋大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)分析與趨勢(shì)研究[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，50（1）：154-164.

[8] 錢(qián)程程，陳戈.海洋大數(shù)據(jù)科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，2018，33（8）：884-891.

[9] 王志文.綜合施策推進(jìn)海洋信息經(jīng)濟(jì)發(fā)展[J].浙江經(jīng)濟(jì)，2018（15）：62.

[10] 宋德瑞，曹可，張建麗，等.大數(shù)據(jù)視域下的海洋信息化建設(shè)構(gòu)想[J].海洋開(kāi)發(fā)與管理，2017，34（9）：50-53，77.

[11] 夏江婷. 淺談超級(jí)計(jì)算機(jī)及其發(fā)展[J].中國(guó)科技縱橫，2017（24）：24-25.

[12] 魏志強(qiáng)，楊照，黃磊，等. 海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室對(duì)E級(jí)超算的需求分析與展望[J]. 中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊， 2017，13（10）：35-38.

【通聯(lián)編輯：光文玲】