廖湘科

2017年7月，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，勾勒出我國(guó)未來(lái)15年的人工智能發(fā)展路線圖，預(yù)示著中國(guó)的人工智能時(shí)代就此開(kāi)啟。在此背景下，企業(yè)需要抓住這一技術(shù)紅利規(guī)劃未來(lái)發(fā)展，同時(shí)，人工智能“井噴式”發(fā)展，也帶來(lái)一個(gè)直接的效應(yīng)——人工智能領(lǐng)域的人才需求迅速膨脹。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年人工智能人才缺口超過(guò)100萬(wàn)人，尖端人才還不足美國(guó)的6%，在人工智能人才培養(yǎng)的數(shù)量和質(zhì)量上還遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)人工智能發(fā)展戰(zhàn)略的需求。

在國(guó)家新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃感召下，2018年4月，教育部發(fā)布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，提出到2030年，我國(guó)高校要成為建設(shè)世界主要人工智能創(chuàng)新中心的核心力量和人才高地。

發(fā)展人工智能是我國(guó)當(dāng)下各領(lǐng)域理論研究和實(shí)際應(yīng)用的緊迫課題，也是面向未來(lái)的國(guó)家戰(zhàn)略方向。為服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求，進(jìn)一步開(kāi)展人工智能前沿研究，推動(dòng)我國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)頂尖高校與科研院所都力爭(zhēng)在人工智能理論、方法、工具、系統(tǒng)等方面取得顛覆性的突破。同時(shí)，這些高校與科研院所也主動(dòng)適應(yīng)人工智能創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈深度融合的特點(diǎn)，充分發(fā)揮人工智能在數(shù)字經(jīng)濟(jì)、實(shí)體產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的重要作用，積極推動(dòng)人工智能創(chuàng)新成果在教育、文化、醫(yī)療、交通、制造、農(nóng)林、金融、安全等方面的轉(zhuǎn)化。

與此同時(shí)，超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也是我國(guó)科技發(fā)展過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。在大數(shù)據(jù)、人工智能的全新發(fā)展背景之下，大數(shù)據(jù)處理在高性能計(jì)算的設(shè)計(jì)下，給超級(jí)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力帶來(lái)了偉大的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。隨著我國(guó)正式步入大數(shù)據(jù)、人工智能時(shí)代，電子計(jì)算機(jī)的性能與設(shè)計(jì)正在進(jìn)一步優(yōu)化。超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展不僅為人民生活帶來(lái)巨大的便利，也顯著地提高了生活水平，更是體現(xiàn)國(guó)家政治經(jīng)濟(jì)地位與影響力的重要指標(biāo)，也是衡量國(guó)家科技水平與創(chuàng)新能力的重要標(biāo)志。我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了“天河一號(hào)”“天河二號(hào)”“天河三號(hào)”的發(fā)展歷程，正在向著更偉大的歷史進(jìn)程邁進(jìn)。

習(xí)總書記在2018年5月28日的兩院院士大會(huì)上指出：“我們著力推進(jìn)面向國(guó)家重大需求的戰(zhàn)略高技術(shù)研究，超級(jí)計(jì)算機(jī)連續(xù)10次蟬聯(lián)世界之冠，采用國(guó)產(chǎn)芯片的‘神威·太湖之光’獲得高性能計(jì)算應(yīng)用最高獎(jiǎng)‘戈登·貝爾’獎(jiǎng)?！?/p>

在國(guó)家政策的大力支持下，近十幾年來(lái)，我國(guó)的超算產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了騰飛，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。從2002年起，中國(guó)的超算團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十余年的持續(xù)研發(fā)，研制出國(guó)內(nèi)安全等級(jí)最高的麒麟操作系統(tǒng)，打破了國(guó)外B級(jí)以上的安全操作系統(tǒng)技術(shù)的嚴(yán)格封鎖，成為了我國(guó)唯一選型的軍用通用操作系統(tǒng)。

在緊貼國(guó)家重大戰(zhàn)略和強(qiáng)大軍事科技創(chuàng)新的迫切需求下，高性能計(jì)算和自主可控信息系統(tǒng)核心關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域在不斷地實(shí)現(xiàn)新的突破。2009年10月，中國(guó)首創(chuàng)采用“CPU+GPU異構(gòu)融合體系”的“天河一號(hào)”研制成功，以亞洲第一、世界第五的運(yùn)算速度創(chuàng)下我國(guó)計(jì)算機(jī)的最好世界排名；2010年11月，“天河一號(hào)”升級(jí)系統(tǒng)第一次讓中國(guó)有了全球最快的計(jì)算機(jī)，并引領(lǐng)“CPU+GPU異構(gòu)融合體系”成為國(guó)際主流；2013年6月起，“天河二號(hào)”連續(xù)6次蟬聯(lián)世界超級(jí)計(jì)算機(jī)冠軍，其應(yīng)用也從“天河一號(hào)”的科學(xué)計(jì)算拓展至大數(shù)據(jù)處理、信息服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域；2017年以來(lái)，在國(guó)內(nèi)超算領(lǐng)域率先完成國(guó)產(chǎn)核心芯片自主化替代，積極推動(dòng)“E級(jí)計(jì)算機(jī)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)”項(xiàng)目和國(guó)家軍隊(duì)信息系統(tǒng)關(guān)鍵領(lǐng)域的核心技術(shù)突破。

2019年6月，新一期(第53屆)全球高性能計(jì)算機(jī)TOP500榜單在德國(guó)法蘭克福舉辦的國(guó)際超算大會(huì)(ISC19)上發(fā)布。美國(guó)新升級(jí)的“頂點(diǎn)”和“山脊”打敗了昔日的最快超算、來(lái)自中國(guó)的“神威·太湖之光”和“天河二號(hào)”，但中國(guó)大陸仍以219臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)上榜的總數(shù)蟬聯(lián)份額第一。

與此同時(shí)，從驅(qū)動(dòng)計(jì)算最關(guān)鍵的部件核心處理器來(lái)看，全球最快的500臺(tái)超算中，有488臺(tái)設(shè)備采用的是美國(guó)公司生產(chǎn)的芯片，其中芯片霸主英特爾的處理器出現(xiàn)在478臺(tái)設(shè)備中，另有7臺(tái)超算系統(tǒng)選用了IBM Power系列處理器、3臺(tái)系統(tǒng)選擇了AMD處理器；另外，全球超算TOP500名單上共有133個(gè)系統(tǒng)采用了加速器或協(xié)處理器技術(shù)，其中的122臺(tái)使用的是美國(guó)“英偉達(dá)”不同型號(hào)的GPU處理器。這反映了中國(guó)超算的一個(gè)問(wèn)題：和國(guó)外相比，我們的超算在應(yīng)用類型、領(lǐng)域?qū)挾鹊确矫孢€存在一定差距，中國(guó)超算的任務(wù)還很艱巨。

一、人機(jī)協(xié)同與腦機(jī)融合

2016年9月，美國(guó)斯坦福大學(xué)發(fā)布了《2030年的人工智能與生活》報(bào)告，全面評(píng)估了當(dāng)前人工智能的進(jìn)展、挑戰(zhàn)、機(jī)遇與展望。人類智能(腦)和機(jī)器智能(人工智能)處理智能問(wèn)題的起點(diǎn)不同，人類大腦功能天生固有，類腦功能需要算法和學(xué)習(xí)能力支撐。在腦神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家距離完全厘清腦智能還比較遙遠(yuǎn)，因而目前AI的高級(jí)認(rèn)知功能還遠(yuǎn)弱于人腦神經(jīng)功能，隨著兩類腦功能的相互影響、相互促進(jìn)，有望實(shí)現(xiàn)兩者匯聚，啟發(fā)人們從多個(gè)角度探索更強(qiáng)的智能。

近年來(lái)，以腦機(jī)接口為代表的神經(jīng)技術(shù)突破使得人腦與計(jì)算機(jī)之間的結(jié)合益發(fā)緊密，腦機(jī)融合及其一體化已成為未來(lái)計(jì)算技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。研究生物腦(生物智能)與機(jī)器腦(人工智能)深度融合并協(xié)同工作的新型智能系統(tǒng)，是當(dāng)前人工智能與腦認(rèn)知科學(xué)交叉領(lǐng)域面臨的重要課題，在神經(jīng)康復(fù)、生物機(jī)器人等關(guān)系到國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全的領(lǐng)域具有重大應(yīng)用需求。

已開(kāi)展六十余年的人工智能研究表明，機(jī)器在檢索、計(jì)算、存儲(chǔ)等方面具有人類無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，然而在感知、推理、歸納和學(xué)習(xí)等方面，還無(wú)法企及人類智能。鑒于機(jī)器智能與人類智能的互補(bǔ)性，我國(guó)學(xué)者與科學(xué)家多年前提出了混合智能(Cyborg Intelligence，CI)的研究新思路，也就是將智能研究擴(kuò)展到生物智能和機(jī)器智能的互聯(lián)互通，融合各自所長(zhǎng)，創(chuàng)造出性能更強(qiáng)的智能形態(tài)。混合智能是以生物智能和機(jī)器智能的深度融合為目標(biāo)，通過(guò)相互連接通道，建立兼具生物(人類)智能體的環(huán)境感知、記憶、推理、學(xué)習(xí)能力和機(jī)器智能體的信息整合、搜索、計(jì)算能力的新型智能系統(tǒng)。

混合智能系統(tǒng)能夠構(gòu)建一個(gè)雙向閉環(huán)的，既包含生物體，又有人工智能電子組件的有機(jī)系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的仿生學(xué)(bionic)或生物機(jī)器人(biorobot)要更進(jìn)一步。其中，生物體組織可以接受人工智能體的信息，人工智能體可以讀取生物體組織的信息，兩者信息無(wú)縫交互，生物體組織對(duì)人工智能體的變動(dòng)也能夠?qū)崟r(shí)反饋，反之亦然?；旌现悄芟到y(tǒng)不再僅是生物與機(jī)械的融合體，而是同時(shí)融合生物、機(jī)械、電子、信息等多領(lǐng)域因素的有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的行為、感知、認(rèn)知等能力的增強(qiáng)。

從混合智能計(jì)算體系角度，國(guó)內(nèi)高校目前圍繞感知增強(qiáng)、認(rèn)知增強(qiáng)及閉環(huán)交互三個(gè)角度展開(kāi)研究與探索，分別研制了視聽(tīng)覺(jué)增強(qiáng)的大鼠機(jī)器人、學(xué)習(xí)增強(qiáng)大鼠機(jī)器人，以及癲癇預(yù)測(cè)-抑制大鼠閉環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)還研制了混合智能的軟硬件支撐平臺(tái)Cyborgware。

基于“生物與機(jī)器的智能之間存在層次對(duì)應(yīng)關(guān)系”的假設(shè)，混合智能的一個(gè)層次化概念框架，將生物體智能處理體系分為意圖層、決策層、感知與行為層三個(gè)層次，將機(jī)器智能體系也分為目標(biāo)層、任務(wù)規(guī)劃層、感知與執(zhí)行層三層。生物與機(jī)器之間，同層內(nèi)功能可以相互混合調(diào)用，上下層之間功能也可以相互混合調(diào)用，形成混合感知、混合計(jì)算、混合執(zhí)行等多層次多尺度的智能融合。[1]基于所提的混合智能三層體系結(jié)構(gòu)，在大鼠平臺(tái)上，構(gòu)建了視聽(tīng)覺(jué)增強(qiáng)、學(xué)習(xí)增強(qiáng)、癲癇預(yù)測(cè)-抑制閉環(huán)混合智能系統(tǒng)。

二、跨媒體感知

對(duì)人工智能實(shí)體物理世界和虛擬理念世界的有效表達(dá)，是人工智能理論思考和實(shí)踐推廣的基礎(chǔ)。經(jīng)典人工智能通過(guò)謂詞、命題和規(guī)則等方法，在充分定義前提下進(jìn)行推理，邏輯相當(dāng)清晰，但未能有效解決符號(hào)系統(tǒng)和實(shí)體世界的對(duì)應(yīng)問(wèn)題。知識(shí)工程試圖建立完備的常識(shí)庫(kù)與常識(shí)推理引擎，但缺乏“源頭活水”。如今，外部環(huán)境已發(fā)生重大變化，信息傳播已從文本、圖像、視頻、音頻等單一媒體形態(tài)，過(guò)渡到相互融合的跨媒體形態(tài)，如何將文本推理擴(kuò)展到跨媒體分析推理，成為重要的研究問(wèn)題。[2]互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，正在將我們所在的物理世界通過(guò)海量傳感器和多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行全天候描述，這為建立物理實(shí)體世界的統(tǒng)一語(yǔ)義表達(dá)創(chuàng)造了外部條件。

(一)跨媒體感知和跨媒體智能技術(shù)的研究目的

跨媒體智能就是要借鑒生物感知背后的信號(hào)、信息表達(dá)以及處理機(jī)理，對(duì)外部世界蘊(yùn)含的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行高效表達(dá)和理解，提出跨媒體數(shù)據(jù)泛化推理的模型、方法和技術(shù)，構(gòu)造模擬和超越生物感知的智能芯片和系統(tǒng)。

跨媒體感知是新一代人工智能研究的重要組成部分，通過(guò)視聽(tīng)感知、機(jī)器學(xué)習(xí)和語(yǔ)言計(jì)算等理論和方法，構(gòu)建出實(shí)體世界的統(tǒng)一語(yǔ)義表達(dá)，通過(guò)跨越各種傳統(tǒng)媒體和新媒體的分析和推理過(guò)程，把海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為智能應(yīng)用，從而成為各類信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的“使能器”。

跨媒體智能關(guān)鍵技術(shù)研究主要圍繞跨媒體分析推理展開(kāi)，通過(guò)視、聽(tīng)、語(yǔ)言等感知來(lái)分析、挖掘跨媒體知識(shí)，以補(bǔ)充和拓展傳統(tǒng)基于文本的知識(shí)體系，建立跨媒體知識(shí)圖譜，構(gòu)建跨媒體知識(shí)表征、分析、挖掘、推理、演化和利用的分析推理系統(tǒng)，形成跨媒體綜合推理技術(shù)，為跨媒體公共技術(shù)和服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)提供技術(shù)支撐，并在網(wǎng)絡(luò)空間內(nèi)容安全與態(tài)勢(shì)分析、跨模態(tài)醫(yī)療數(shù)據(jù)綜合推理等領(lǐng)域進(jìn)行示范應(yīng)用。

(二)跨媒體智能理論研究的主要內(nèi)容

跨媒體智能理論研究主要圍繞跨媒體感知計(jì)算理論展開(kāi)，從視、聽(tīng)、語(yǔ)言等感知通道把外部世界轉(zhuǎn)換為內(nèi)部模型的過(guò)程出發(fā)，實(shí)現(xiàn)智能化感知和認(rèn)知。

跨媒體智能理論研究與新聞傳播領(lǐng)域交叉的部分主要包括：研究能夠適應(yīng)真實(shí)世界復(fù)雜場(chǎng)景的主動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)，發(fā)展復(fù)雜環(huán)境感知、建模和交互等技術(shù)，使基礎(chǔ)傳播學(xué)“環(huán)境擬態(tài)功能”得以彰顯；研究面向媒體智能感知的自主學(xué)習(xí)，發(fā)展仿人腦記憶的媒體協(xié)同分析方法，使虛假新聞“無(wú)所遁形”，這是新聞傳播領(lǐng)域當(dāng)下與未來(lái)非常重要的實(shí)踐應(yīng)用。

(三)跨媒體智能的實(shí)際應(yīng)用

這是人工智能視域下服務(wù)于媒介融合的重要手段，也是人工智能芯片多方面全鏈條嵌入的具體表現(xiàn)。

其一，跨媒體智能的應(yīng)用需要智能芯片和硬件的支持。機(jī)器感知一直是傳統(tǒng)人工智能的薄弱環(huán)節(jié)，需要模擬生物視、聽(tīng)、嗅、味、觸等感知通道的信號(hào)處理和信息加工模型，研制新型感知芯片并進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。例如，仿視網(wǎng)膜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和機(jī)理的高靈敏、高動(dòng)態(tài)、高保真視覺(jué)芯片能夠模擬生物視覺(jué)事件驅(qū)動(dòng)、稀疏表示和異步傳輸?shù)葯C(jī)理，達(dá)到“結(jié)構(gòu)模仿生物視覺(jué)，速度超越生物視覺(jué)”的效果。又如，研究模擬生物皮膚的高靈敏度觸覺(jué)感知器件和芯片，構(gòu)建主動(dòng)接觸和精細(xì)反饋的觸覺(jué)傳感器和電子皮膚。

其二，跨媒體智能的一個(gè)典型綜合應(yīng)用領(lǐng)域是智能城市治理。研究城市全維度智能感知推理引擎，解決城市發(fā)展過(guò)程中存在的感知碎片化、信息孤島化等問(wèn)題，建立以“大跨度、大視角、大信息和大服務(wù)”為特征的城市全維度智能感知推理引擎，實(shí)現(xiàn)對(duì)人、車、物、事件等的多維度、跨時(shí)空協(xié)同感知和綜合推理。

其三，基于高質(zhì)量芯片和硬件的跨媒體智能引擎，可以像生物大腦和感知系統(tǒng)那樣以極低功耗來(lái)高效地表達(dá)外部世界的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。例如，跨媒體智能引擎模擬多種生物(如猴等靈長(zhǎng)類動(dòng)物、貓、響尾蛇等)的獨(dú)特視覺(jué)機(jī)理，建立從復(fù)雜視頻圖像數(shù)據(jù)中快速搜索興趣目標(biāo)的理論、模型和算法，實(shí)現(xiàn)具備自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)能力的智能感知系統(tǒng)。今后，跨媒體智能引擎在智能醫(yī)療、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、日常生活、國(guó)家安全等重要領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。

其四，跨媒體智能技術(shù)還能推進(jìn)企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型，為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)注入新活力，提升中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展質(zhì)量。智能機(jī)器人的廣泛運(yùn)用正讓中國(guó)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力發(fā)生著前所未有的變化，我國(guó)智能產(chǎn)業(yè)正沿著“共融機(jī)器人”的路徑演進(jìn)。該類機(jī)器人能適應(yīng)不同環(huán)境，洞悉非結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)環(huán)境，并具有結(jié)構(gòu)的柔順性，且能夠更好地理解人的行為意圖，在一定的規(guī)則下實(shí)現(xiàn)人機(jī)、機(jī)器人群體間的自然交互與協(xié)同作業(yè)。

三、生活服務(wù)賦能

5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的人工智能技術(shù)能量巨大，影響力廣泛而深遠(yuǎn)。通過(guò)人機(jī)協(xié)同與腦機(jī)融合，構(gòu)造出一個(gè)又一個(gè)史無(wú)前例的現(xiàn)代杰作；人工智能背景及超算下的跨媒體感知，帶動(dòng)了全球化媒介融合立體化全域化向縱深邁進(jìn)；在人工智能技術(shù)引領(lǐng)下，全社會(huì)的生活服務(wù)完全顛覆了傳統(tǒng)理念，在校企合作、區(qū)塊鏈服務(wù)、智能移動(dòng)社會(huì)等大展風(fēng)采。

(一)智能生活，銜接機(jī)器人和ET大腦

人工智能對(duì)社會(huì)的改變，往往從生活的點(diǎn)滴開(kāi)始。工信部將智能家庭服務(wù)機(jī)器人作為人工智能應(yīng)用的突破口，重點(diǎn)支持智能交互、智能操作、多機(jī)協(xié)作等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，有效提升清潔、老年陪護(hù)、康復(fù)、助殘、兒童教育等領(lǐng)域的機(jī)器人智能化水平。一系列智能家庭服務(wù)機(jī)器人的相繼問(wèn)世，有效提升了民眾生活的便捷度與舒適度。能提供家庭生活支援的雙臂智能服務(wù)機(jī)器人可以在家庭非結(jié)構(gòu)環(huán)境下完成各種日常生活任務(wù)：與人們進(jìn)行語(yǔ)音交互；拿礦泉水瓶，開(kāi)瓶，倒水，把水杯遞給用戶等。該機(jī)器人可以“傾聽(tīng)”“聊天”“觀察”“分析”，可在家庭相對(duì)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下，構(gòu)建實(shí)時(shí)地圖，自由移動(dòng)、自主導(dǎo)航，可以抓取一些物體，具備基本的智能水平。[3]不過(guò)，機(jī)器人的多信息融合、機(jī)器人雙臂的擬人化操作、視覺(jué)引導(dǎo)下的手眼協(xié)調(diào)以及機(jī)器人精確定位及導(dǎo)航等方面還需改進(jìn)。

阿里巴巴集團(tuán)圍繞城市、工業(yè)、零售、金融、汽車、家庭等多個(gè)場(chǎng)景，推出了ET工業(yè)大腦(“產(chǎn)業(yè)AI”方案)：通過(guò)傳感器、智能算法和強(qiáng)大計(jì)算能力讓機(jī)器能夠感知、傳遞和自我診斷問(wèn)題，優(yōu)化機(jī)器的產(chǎn)出和減少?gòu)U品成本。在首都機(jī)場(chǎng)，阿里巴巴的ET航空大腦，可幫助用戶在50秒內(nèi)刷新機(jī)場(chǎng)1700架次航班的停機(jī)位安排，使廊橋停機(jī)位利用率提高10%，相當(dāng)于每天20000名旅客不再有乘坐擺渡車的麻煩?！疤熵垺睙o(wú)人超市更是集綜合圖像識(shí)別技術(shù)、物品識(shí)別和追蹤技術(shù)、消費(fèi)者行為識(shí)別技術(shù)之大全，實(shí)現(xiàn)“即拿即走，無(wú)感支付”的智能化消費(fèi)體驗(yàn)。可見(jiàn)，人工智能技術(shù)在智能家居、健康管理、移動(dòng)智能終端和車載產(chǎn)品上的廣泛運(yùn)用，將實(shí)現(xiàn)生活服務(wù)質(zhì)量的極大飛躍。

超級(jí)計(jì)算機(jī)可以讓天氣預(yù)報(bào)的時(shí)間更為提前，預(yù)報(bào)的內(nèi)容更加精準(zhǔn)，甚至可以讓科學(xué)家們研究地球系統(tǒng)的大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈、生物圈之間的相互聯(lián)系。很多與生活及科學(xué)息息相關(guān)的領(lǐng)域都需要擁有更快運(yùn)算速度的超級(jí)計(jì)算機(jī)。例如，上海市政府計(jì)劃借助超級(jí)計(jì)算機(jī)的力量，用來(lái)助陣上?？諝赓|(zhì)量的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。雖然上海提前兩年完成了第七輪環(huán)保三年行動(dòng)計(jì)劃的空氣環(huán)境質(zhì)量改善目標(biāo)，但上海市的大氣污染治理的形勢(shì)仍不容盲目樂(lè)觀。在更高要求的新目標(biāo)倒逼下，上海將直面越來(lái)越多更復(fù)雜的問(wèn)題，需要借助更新、更有效的治理手段。上海生態(tài)環(huán)境部門正與上海超算中心合作，升級(jí)空氣質(zhì)量集合數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

受制于氣象條件復(fù)雜多變等因素影響，上?？諝赓|(zhì)量預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率仍有待于進(jìn)一步提升。數(shù)據(jù)顯示，上海在2018年24小時(shí)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率僅為85%，污染時(shí)段預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率為60%；48小時(shí)和72小時(shí)的污染預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率分別是45%和38%。若要穩(wěn)步提升上海的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，離不開(kāi)上海超算中心配套提供的高性能計(jì)算及存儲(chǔ)條件。2019年6月底，新一代的超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)入運(yùn)行并提供服務(wù)后，可以基本保障上海市預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)所需的200萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)能力和足額存儲(chǔ)。上?，F(xiàn)有集合數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)將全面升級(jí)，上海空氣質(zhì)量的預(yù)報(bào)頻次將從現(xiàn)有的1天1次升級(jí)為1天2次，同時(shí)還有能力實(shí)現(xiàn)提前10天至15天的空氣污染預(yù)報(bào)預(yù)警。

此外，超級(jí)計(jì)算機(jī)還能有效解決能源短缺、環(huán)境污染、全球性氣候變化等可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題的困難，支持飛機(jī)、高速列車、汽車等傳統(tǒng)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，有助于提高產(chǎn)品性能、縮短研發(fā)周期和降低設(shè)計(jì)成本。在生命科學(xué)、新藥研究發(fā)展、精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域等都有著深遠(yuǎn)的影響。

業(yè)界普遍預(yù)計(jì)到2020至2021年，E級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)將登上歷史舞臺(tái)，因此E級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)是當(dāng)前世界各國(guó)競(jìng)相角逐的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。從P級(jí)計(jì)算到E級(jí)計(jì)算不簡(jiǎn)單地是一個(gè)性能指標(biāo)上的提升，E級(jí)計(jì)算在能耗、性能、可擴(kuò)展性、可靠性、生態(tài)環(huán)境、應(yīng)用編程、應(yīng)用效率與適應(yīng)性、多領(lǐng)域應(yīng)用融合等諸多方面面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。我國(guó)的“神威”“天河”和“曙光”已經(jīng)研制成功了3臺(tái)E級(jí)原型機(jī)，驗(yàn)證了部分E級(jí)超算的核心技術(shù)路線，達(dá)到了世界超算技術(shù)前列。

在中國(guó)科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，曙光公司已經(jīng)研制成功與現(xiàn)有主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和生態(tài)環(huán)境完全兼容的、性能全球領(lǐng)先的超級(jí)計(jì)算機(jī)，尤其采用了全新的相變液冷技術(shù)，基本達(dá)到現(xiàn)有硅基芯片制冷的極限散熱能力。

在后E級(jí)超算時(shí)代，半導(dǎo)體工藝已逐步逼近其物理極限，傳統(tǒng)的馮·諾依曼架構(gòu)的瓶頸日益凸顯。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、類腦計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)等新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)。不過(guò)在短期內(nèi)，基于硅基半導(dǎo)體工藝的傳統(tǒng)超算技術(shù)仍然是主流，但長(zhǎng)期來(lái)看，這些新技術(shù)具有很好的發(fā)展前景。

超級(jí)計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域還是科學(xué)研究，如氣象預(yù)測(cè)、石油勘探、CAE仿真、新材料研究、新藥發(fā)現(xiàn)、基因測(cè)序等。但時(shí)至今日，超算應(yīng)用領(lǐng)域早已擴(kuò)展至互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域，超級(jí)計(jì)算技術(shù)也滲透到了人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。目前，超?jí)計(jì)算機(jī)支撐著我們幾乎所有的大型信息基礎(chǔ)設(shè)施；未來(lái)，其也將成為城市的智慧大腦，匯聚海量數(shù)據(jù)，優(yōu)化城市管理和服務(wù)，改善市民生活質(zhì)量，為我們創(chuàng)造更加美好的生活。[4]

(二)區(qū)塊鏈服務(wù)，融入智能金融和智能旅游

區(qū)塊鏈技術(shù)是指通過(guò)塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、通過(guò)分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法生成和更新數(shù)據(jù)、通過(guò)密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問(wèn)的安全、通過(guò)由自動(dòng)化腳本代碼組成的智能合約編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算方式。[5]

智能區(qū)塊鏈經(jīng)濟(jì)能為我們的生活帶來(lái)許多便利，買賣雙方可通過(guò)智能合約直接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配對(duì)，并通過(guò)分布式的數(shù)字化登記系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)結(jié)算和清算。2015年12月，美國(guó)納斯達(dá)克證券市場(chǎng)通過(guò)其區(qū)塊鏈平臺(tái)Linq為一家Overstock.com的在線零售商完成一項(xiàng)私募企業(yè)債券的發(fā)布工作。一般債券交易需要幾天時(shí)間來(lái)清算交割，而在區(qū)塊鏈上僅需十多分鐘便可完成。

智能區(qū)塊鏈技術(shù)還可應(yīng)用于旅游服務(wù)行業(yè)。例如，一名乘客買了一張前往紐約的飛機(jī)票，其航班信息、保險(xiǎn)信息、購(gòu)票銀行賬戶信息等都能被存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈上，如果航班延誤，他不必?fù)艽蛉魏魏娇湛头娫?，也無(wú)需輸入任何銀行密碼，賠償金就會(huì)自動(dòng)從保險(xiǎn)公司的賬戶劃到該用戶的銀行賬戶里。這種智能區(qū)塊鏈技術(shù)將深刻改變居民的生活與消費(fèi)習(xí)慣，進(jìn)而影響社會(huì)的方方面面。

(三)智能移動(dòng)社會(huì)，為智能消費(fèi)和智能搜索增光添彩

人工智能應(yīng)用于生活，也以智能移動(dòng)互聯(lián)生活服務(wù)平臺(tái)為代表，該平臺(tái)是一個(gè)以智能移動(dòng)媒體為載體，融合個(gè)人、商業(yè)信息的B2C服務(wù)系統(tǒng)。平臺(tái)綜合考慮用戶的行為模式、方位信息、商品品質(zhì)、物流方式與配送速度等要素，為用戶提供多個(gè)優(yōu)選方案，用戶確定方案、完成支付，系統(tǒng)根據(jù)交易信息生成條碼，并發(fā)送到用戶和商家的手機(jī)軟件上，商家在打印機(jī)上印出條碼，在備貨時(shí)將條碼粘貼到貨品上，商家發(fā)貨或用戶上店提貨，收貨時(shí)用戶出示條碼，商家使用裝有條碼識(shí)別軟件的手機(jī)，對(duì)用戶出示的條碼進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)驗(yàn)證后交貨，用戶拍攝貨品上的條碼，識(shí)別驗(yàn)證所收到貨品的真實(shí)性。通過(guò)手機(jī)用戶的方位信息，為用戶提供便利的衣、食、住、行等生活服務(wù)信息搜索、預(yù)約、交付服務(wù)，或?yàn)樯虘籼峁┮粋€(gè)產(chǎn)品展示、預(yù)定、訂購(gòu)和產(chǎn)品評(píng)價(jià)的渠道。

四、小 結(jié)

人工智能和超級(jí)計(jì)算機(jī)都是國(guó)家科技與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“新電力”，勢(shì)必將全方位地改變幾乎所有行業(yè)。與互聯(lián)網(wǎng)最初在我國(guó)蔓延的勢(shì)頭相似，我國(guó)擁有互聯(lián)網(wǎng)賴以生存的最豐富的應(yīng)用場(chǎng)景、全球最廣的用戶群和最活躍的數(shù)據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，我國(guó)有很大希望成為人工智能應(yīng)用的最大市場(chǎng)、最強(qiáng)超算技術(shù)的搖籃。我國(guó)很有可能成為未來(lái)幾十年全球人工智能繁榮的強(qiáng)勁引擎，我國(guó)的人工智能企業(yè)也有機(jī)會(huì)成為人工智能時(shí)代具有中國(guó)特色的“英特爾”“微軟”“谷歌”和“蘋果”公司，而我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)將更有可能再次超越美國(guó)、領(lǐng)先全球。