院士解讀：海洋研究為何需要超級計算機

浪潮集團與國家海洋實驗室簽署戰略合作協議

中國工程院院士、浪潮集團首席科學家王恩東

8月20日，在青島舉行的「海洋大數據與智能計算」鰲山論壇上，浪潮集團宣布將為青島海洋科學與技術國家實驗室（以下簡稱海洋國家實驗室）建設性能達每秒千萬億次的超級計算機，這將是目前我國在海洋領域運算速度最快的超算系統。

與此同時，海洋國家實驗室還分別和浪潮集團、山東省科學院共同簽署戰略合作協議，將成立海洋大數據與智能計算相關的聯合實驗室，整合各方優勢資源為我國海洋基礎與應用研究和高技術研發提供重要保障，並助力海洋國家實驗室優化海洋科技資源配置、實現資源共享、開展科技創新，科學開發和利用海洋資源。

人類對太空的了解遠超海洋

儘管人類已經踏足月球並已探索了火星，驗證了引力波並可以收集遠從數百光年外產生的宇宙射線，但是我們對腳下這顆藍色星球中海洋的研究面積卻不足10%，甚至至今無法精確的繪製一幅海底地圖。據統計，人類已經確定的海洋生物有212,906種，但是可能還有2500萬種未知生物有待研究。

可以說，人類對海洋的研究只是剛剛起步剛。中國科學院院士吳立新認為，從某種意義而言，「人類對太空的了解要遠遠超過海洋」。

人類對海洋研究進展緩慢的原因除了經費投入較少的原因外，也受限於材料與工程科學的發展。目前，人類已經可以製造能承受上千度高溫的太空材料，將其大規模應用於太空梭、運載火箭之上，然而卻依然無法製造能長期承受數百乃至上千大氣壓的載人深海探測設備。

海洋研究面臨大數據挑戰

不過，隨著糧食和能源危機、地球生態失衡等原因，科學家們開始將更多的目光投注在海洋研究之中，期望通過對海洋的深入研究，科學獲取人類急需的氫、電、石油、食品等資源，並緩解越來越頻發的海洋災害。

隨著海洋觀測技術的進步，海洋大數據來源更加豐富，如航次測量，衛星遙感，海洋遙感、油氣平台、水下遙測、基因測序、浮標資料、數值模擬、數據同化等等。與此同時，海洋大數據種類也更加多樣化，如物理海洋、海洋地質、海洋生物，海洋生態、海洋化學、海洋遙感、深海觀測等等。其中，僅物理海洋就包括有風、氣壓、氣溫、濕度、能見度、水溫、鹽度、葉綠素、濁度、波浪、海流等近200種不同的數據變數。

據統計，到2030年，海洋數據量規模將從目前的約60PB增長至350PB以上。數據量的急速增加與種類的多樣化，給海洋研究帶來了更大的數據處理挑戰。

用超算化解海洋大數據挑戰

中國工程院院士、浪潮集團首席科學家王恩東認為，隨著世界各國海洋開發的重視程度與日俱增，開發利用海洋數據資源將在發展海洋經濟、加強海洋國防、支持海洋決策、提供海洋公眾服務等方面發揮更加重要的支撐作用。這需要跟先進的技術工具結合，如用超算模擬出海洋潮汐、水流變化及海底石油礦藏等，從而為實際生產提供有效決策。

目前，世界各國特別是發達國家在利用超算開展海洋研究上已先行一步。在高解析度全球海洋環流模式的研究上，日本憑藉Earth Simulator（地球模擬器）在21世紀率先達到全球0.1度，而美國海軍隨後迅速達到業務化保障全球1/12度，法國、英國的業務化預報相繼達到全球1/12度這一精度，而中科院大氣所和海洋一所等則在2013年實現了全球0.1度的精度研究，落後了將近10年。

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）目前安裝的超算Surge和Luna是全球海洋領域最快的超級計算機，兩台超算總峰值性能達到每秒5.78千萬億次，很好的幫助NOAA完成諸如高解析度快速刷新模式升級，颶風研究預報模型升級、天氣水文研究和預報等，讓NOAA得以更加準確的預測冬季風暴和雷暴降水，改善對颶風路徑和強度的預報。

我國對海洋研究的重視程度也在不斷提高，並取得了很多重大進展。如由國家海洋局第一研究所開發的第三代海浪數值模式，實現了超高解析度全球表面波數值模擬計算，大大推進了高解析度高質量海浪預報的產品化進程，成功獲得2016年度「戈登·貝爾獎」提名。

王恩東表示，當今超級計算機越來越成為科學家解決人類重大問題的創新研究工具，海洋國家實驗室超算平台建設將極大地促進提升我國海洋科研效率，這對於科學開發海洋資源、預防和抵禦海洋災害、推動國家「海洋強國」和「一帶一路」戰略的發展均具有至關重要的意義。

不參加海洋合作怎能叫「浪潮」

提到超算如何推動中國海洋的研究就不得不提浪潮。在8月20日的「海洋大數據與智能計算」鰲山論壇上，中國工程院院士、浪潮集團首席科學家王恩東笑稱：「今天的合作浪潮必須參與，因為不參加海洋合作怎麼能叫浪潮呢」。

有海就有浪。在海洋研究領域，浪潮曾為中國海洋大學、中科院南海海洋所、國家海洋局秦皇島站等多個用戶設計構建超算系統。此外，在浪潮與亞洲超算協會共同發起組織的2016 ASC世界大學生超級計算機競賽中，浪潮還將海洋應用MASNUM-WAM引入比賽，讓世界各地青年人參與到這個模式的優化開發中，激發大學生對海洋研究的熱情。

對於如何推動超算在海洋領域的應用，王恩東院士表示：「海洋領域由於其巨大的數據量對超算的計算性能和存儲都有著非常高的要求，根據海洋模式的特點構建專用定製系統才能實現計算與應用的真正貼合，而只有根植應用才能拉動整個超算的應用效率。」

海洋國家實驗室是科技部2006年啟動籌建的10個國家實驗室之一，是國家所擁有的並賴以解決國家急需的、具有戰略意義的重大科學問題的實驗室。在未來三年內進入世界著名海洋科研中心之列，這是海洋國家實驗室的目標，而建設千萬億次的超級計算機將有助於幫助海洋科學家進行海洋研究，儘早實現這一宏偉目標。

海洋有豐富的石油、礦產及海洋物種資源、海洋氣候對沿海居民的生活具有很大影響，實現海洋經濟的可持續發展是每個國家的重要戰略之一，也是我國十三五規劃中的重要方向。相信伴隨著海洋國家實驗室的這套千萬億次超算系統的構建，將極大的提升我國在海洋領域的研究水平。

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