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学术专题

超级计算,科技创新的重要支撑--高性能计算部 梅伟

2019-01-07

在科技飞速发展的今天,当我们拿出手机,准备与其他人取得联系的时候,所用的手机操作系统基本上不是GoogleAndroid,就是AppleIOS;当我们打开电脑,准备开始一天的工作时,所使用的也基本上都是MicrosoftWindows操作系统,而最常使用的办公软件也是Microsoftoffice系列的WordExcelPowerPoint等。也就是说,我们每天的生活都要基于这些外国公司所生产的产品,我们自己的具有科技含量的产品在哪里呢?无独有偶,下表列举了自18世纪以来,影响世界科技发展的重大发明创造,纵观这最近的两百多年的科技发展史,我们在原创性技术方面一无所获。

时间

技术创新成就

国家

18世纪

蒸汽机

英国

19世纪

硝化甘油炸药

瑞典

19世纪

电磁感应和发电机

英国

19世纪

发电厂和电灯

美国

20世纪

晶体三极管

美国

20世纪

电子计算机

美国

20世纪

雷达

英国

20世纪

抗生素

英国

20世纪

人造卫星

苏联

20世纪

激光

美国

20世纪

无线通讯

美国

21世纪

量子计算机和量子通讯

美国-德国

21世纪

纳米技术

美国

21世纪

DNA测序技术

美、日、德、法、英

 

以瓦特发明蒸汽机开始,人类社会掀起了第一次工业革命,其发源地在英国;19世纪70年代在德国出现了以电力化工产业为主的第二次工业革命;到20世纪40年代在美国出现了以信息技术为核心的第三次技术革命。那么,未来呢?在5G技术兴起的拐点上,中国是否有机会引领这第四次的以“人工智能”为核心的产业技术革命?

虽然近几年我国涌现了一批像腾讯、阿里、百度、华为这样优秀的高科技互联网企业,但是,在原创性的高科技发明领域,我们还有很长的一段距离。而从2018年初开始,美国以维护国家公共安全和贸易不平等为借口,强行对中国出口的商品增加关税,挑起“贸易战”,制裁中兴、华为等中国科技企业。美国可以如此蛮横霸道、随心所欲地对中国发出贸易战和制裁,其根本原因在于两国之间的技术创新的差距,尤其是核心技术差距。要缩短我们与美国等科技发达国家之间的差距,创新是我们的唯一出路,同时也是我们成为科技强国的必由之路。任何一次创新都要经历知识创新、技术创新、产品创新和商品创新,而其中的技术创新是所有创新中的最为关键的部分,同时也是最难以逾越的鸿沟。跨过技术创新的死亡谷,创新将一马平川,一路向前,科技也将如虎添翼,飞速发展。

1971年,美国国家科学院在《技术和国家贸易》中首先提出高技术(highTechnologyHigh-Tech)的概念,并对此作出了详细的定义:高技术产业是指利用当代尖端技术(主要指信息技术、生物工程、新材料和新能源等领域)生产高技术产品的产业群,是研究开发投入高,研究开发人员比重大的产业。高技术产业发展快,对其它产业的渗透能力强。在这种产业中,人的创造力(知识要素)或思路被认为是生产者参与竞争的根本要素。很多生产商在创造与发展新思路(技术创新)和发挥人的能力(知识创新)上投入巨资,这也是对这一概念的一个印证。那么,确认是否为高技术产业,主要是依据在研究和开发方面的投入是否超过一般产业,或支付给科学家和工程技术人员的工资是否超过一般产业,或者两者都超过。

一般来说,高技术产业是指相对成熟并在研究与开发领域投入比较多的一些产业。比如民用飞机制造业、通讯设备制造业和在研发方面投入多的新兴产业,如机器人研制、生物技术等。除此之外,高技术产业已经进入了可在很多产业中应用的技术领域,如新材料、电子元器件。

高技术是相对一般传统技术而言的新兴尖端技术。第二次世界大战以来,由于现代科学技术高度分化和高度综合的发展特点,产生了以电子信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术和航天技术为代表的高技术群。以高技术产品开发和生产为主导的产业,都可以被称之为高技术产业。

而影响高科技产业发展的主要因素分为宏观环境因素和微观环境因素。其中宏观环境因素包括了国际形势、国内政治形势、经济因素、科学与教育因素、工业基础和文化因素等;微观环境因素则是各个地区自然条件、地理位置等各不相同,我国各地区间发展极不平衡等。虽然各地政府均十分热衷于创办高新技术开发区,但全国各地已有的高新技术开发区的微观环境不尽相同、差距较大。大部分高新技术开发区由于条件并不充分,其微观环境并不理想。只有少数几个条件比较成熟,形成了一些有利于高技术产业发展的区域环境,即具有优势的微观环境。

发展高技术产业,可以大幅度提高劳动生产率,减少资源消耗。利用高技术产业改造传统产业和基础产业,可以显著改善我国的产业结构,推进经济协调稳定发展。大力发展高技术产业,可以从长远提高我国企业的竞争力,增强综合国力。

“超级计算(Supercomputing)”这一名词在1929年《纽约世界报》关于“IBM为哥伦比亚大学建造大型报表机(tabulator)的报道”中首次出现。那何谓超级计算机呢?超级计算机是指能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑。其基本组成组件与个人电脑的概念无太大差异,但规格与性能则强大许多,是一种超大型电子计算机。如果把普通计算机的运算速度比作成人步行的速度,那么超级计算机就达到了火箭的速度。在这样的运算速度下,人们可以通过数值模拟来解释和预测以前无法实验的自然现象。

超级计算机具有强大的计算和数据处理的能力,主要特点表现为高速度和大容量,配有多种外部和外围设备,以及丰富的、多功能的软件系统。现有的超级计算机运算速度大都可以达到每秒千万亿次以上,未来更是要达到每秒百亿亿次(E级机)。超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机,多用于国家高科技领域和尖端技术研究,是一个国家科研实力的体现,是国家科技发展水平和综合国力的重要标志,对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义。

在国家和深圳市的支持下,国家超级计算深圳中心于2009年正式批准成立并运行,在深圳这片科技创新的沃土上茁壮成长,至今已经服务企业用户2万多家。在科学计算、工程计算、生物医药、动漫渲染、海洋石油等领域支持国家科技创新,成果卓著。参与了多个国家重点研发计划项目,并获得国家科技进步二等奖等多个奖项,已经成为深圳科技创新的新名片。在未来,国家超级计算深圳中心愿意与社会各界携手共进,助力粤港澳大湾区的科技发展,为更好更强地推动高科技技术产业发展贡献自己的能力,为高科技的技术创新插上腾飞的翅膀。