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隨著信息技術的蓬勃發展,數字化與智能化的浪潮正席卷而來,算力滲透進各行各業,成為推動社會進步與產業升級的重要引擎,悄然引領著潮水的方向。
2024年的政府工作報告中強調要“堅持教育強國、科技強國、人才強國建設一體統籌推進”“加快推動高水平科技自立自強”。作為基礎研究的主力軍和重大科技突破的策源地,高校需構筑算力基座,以算力賦能科研與人才涌動。而高性能計算(HPC)系統正是實現這一目標的重要力量。
科學研究往往伴隨著海量數據的產生,特別是在生物學、物理學、天文學等領域。高性能計算(HPC)系統可以在紛繁的數據和復雜的模擬中,縮短數據的計算時間,提高計算精度,同時借助英特爾至強可擴展處理器,推動科學研究的深入探索與發展。浙江大學生命演化研究中心的科研實踐,就是聯想HPC系統賦能科研創新最為生動的注腳之一。
穩定高效,破解科研算力瓶頸
遠到探尋遠古猿類的演化,近到揭示個體生命的基因秘密……浙江大學生命演化研究中心聚焦于生命演化領域前沿基礎研究,致力于回答物種與生物性狀多樣性的來源及產生機制并探尋復雜生命現象背后深層的演化規律。
在浙江大學生命演化研究中心,計算機系統內置了豐富的高效精準的科研工具,比如構建進化樹的IQ-Tree、基因組重復序列檢測工具RepeatMasker、基因組結構注釋軟件BRAKER、全基因組比對軟件CACTUS等。一系列工具的使用能夠讓科研工作者集成、分析和可視化大量數據集,而這也意味著需要非常強大的IT基礎設施才能高效運行。
隨著科研項目的多元化與數據量的增加,浙江大學生命演化研究中心對算力與存儲空間的需求日益迫切,中心秘書何韻秋說:“我們管理著大約10拍字節(PB)的數據,但這個數字正在快速增長。”
接踵而來的是計算瓶頸的時有發生。何韻秋表示,受制于硬件性能,他們訪問數據的時間在拉長,“數據計算完了,但寫入和讀取的過程會耗費大量時間去等待,造成時間成本的浪費”。
為確保科研項目的順利進行,升級HPC系統尤為重要。研究中心與聯想合作,部署了新的HPC環境,包括56臺并行計算的聯想ThinkSystem SR630 V3 服務器、4臺大內存的聯想ThinkSystem SR850 V3系統,搭配15PB容量的DSS-G存儲平臺,形成了穩定、高效、可擴展的計算環境。
60GB/s的出色帶寬,以及采用第四代英特爾至強可擴展處理器,助力眾多內置加速性能更進一步,讓科研工作者更快地檢索數據,在運行專門的分析應用程序時獲得更短的響應時間,迅速完成大量數據的輸入輸出和分析,加快大規模、高復雜度的研究項目進程。
在具體的科研過程中,數據處理任務往往耗時冗長,需歷經數周乃至數月方可完成。在此期間,計算機系統需持續不斷地運行,因此,確保基礎設施具備高度的穩定性十分重要。“我們已經運行聯想HPC環境數千個小時,沒有發生任何事故,實現了99.9999%的數據可用性,提高了研究人員和學生的科研效率。”何韻秋說道。
聯想HPC系統以高帶寬、高可靠、高算力的特點,為高校科研架起算力高架橋,使科研工作者得到一定程度的“解放”,能更專注于科研本身,而非受限于技術問題。

算力驅動,科研更進一步
新科技革命呼嘯而至。算力,到底能在多大程度推動科研更進一步?在浙江大學生命演化研究中心近日發布的研究成果“科階元基因組揭示鳥類演化復雜性”中,我們或許可以找到答案。
自達爾文提出共同祖先理論和自然選擇學說后,鳥類的起源、演化,不同鳥類之間的關系,始終是科學家們關注的問題。科研工作者使用的數據樣本不夠齊全,往往導致研究缺乏一定準確性。
浙江大學生命演化研究中心的教授張國捷聯合國內外學者發起了萬種鳥類基因組計劃,并發布了第二階段關于鳥類生命之樹的研究成果。該研究以363種鳥類的全基因組比對數據為基礎,研究團隊分析了近千億個堿基,并對得到的63430個1千字節(kb)基因區間對比序列進行推演、比較。
參與科研項目的博士研究生謝宇龍稱,2008年國外團隊相關研究涉及的鳥類物種是169種,數據量為32千字節(K byte),相比于鳥類約1G的基因組覆蓋率非常低。如今,他們涉及的鳥類物種多達363個,實現了全基因覆蓋,數據量為63兆字節(M byte),增加了近2000倍。
僅從數據上看,技術的更迭,尤其是算力的驅動,在不斷深鑿著科研的邊界,推動生物科學領域滾滾向前、不斷突破。毫無疑問,聯想HPC系統功不可沒,為科研路徑、科研效率帶來了實質助力。“只有在足夠的算力支持下,我們才能提取到有效數據,才能完成如此龐大、復雜的數據分析。”謝宇龍感慨道。
此次研究的開創性并未止于充足有效的數據量,更在于其重構并革新了現生鳥類的系統發育樹,厘清了現生鳥類各類群之間的關系,提供了一套新的鳥類分類劃分方案,解決了鳥類類群關系長達一個多世紀的爭議,為正確理解鳥類物種演化及復雜性狀演化提供了堅實基礎,將改寫教科書對鳥類類群的分類和關系論述。
“以大眾熟知的火烈鳥為例。在過去,火烈鳥的定位十分模糊,曾按形態被科研工作者將其與鶴歸為一類,后又有研究認為其與鴿類的關系較近。在廣泛、精準地數據分析基礎上,研究團隊發現,火烈鳥其實是一種非常古老的鳥類,與??(pì tī)共同組成了最古老的新鳥大類——奇跡鳥類。”
研究結果進一步支持,大量的新鳥類群經歷的快速的輻射性演化發生于白堊紀-古近紀物種大滅絕事件界線后這一結論。謝宇龍補充,假若其他動物種群亦在同一歷史時期經歷了顯著的增長或進化大爆發,科學家便能借此契機,系統性地探究引發此類大爆發的具體條件與機制。屆時,需要更為完善、精進的技術支撐,為科研帶來更多創新可能。
算力賦能,拔尖創新人才涌現
高校是拔尖創新人才培育的重要陣地。如何將發展科技第一生產力、培養人才第一資源、增強創新第一動力更好地結合,以最大化地促進科技創新與人才培養的協同發展,是當下高校科研中心亟須深入思考與探索的重要問題。
浙江大學生命演化研究中心以學科交叉融合為“催化劑”,融合生命科學、醫學、信息科技等學科,致力于培育新一代擁有演化視角的綜合型人才。參與科研工作的學生,不僅要深耕生命科學的理論,理解計算模型背后的數學原理,還需要熟悉、了解計算機相關知識。“不僅提升了專業能力,也拓寬了學術視野”,謝宇龍說道。
值得一提的是,聯想高性能計算(HPC)系統的引入,為教學環境帶來了革命性的優化,以澎湃算力加速學科交叉融合,推動拔尖創新人才不斷涌現。學生們在科研探索中得以享受高性能算力的強大支撐,這不僅加速了他們對先進工具和技能的掌握,還促使他們在實踐中不斷汲取多學科知識,培養出獨特的創新思維與演化思維,逐步成長為適應未來挑戰的復合型人才。
當這些具備演化思維的拔尖創新人才不斷涌入生命科學和醫學的其他細分領域時,他們將引領該領域的專家學者從全新的演化視角審視人類疾病的起源、演化過程和對健康的深遠影響,進而激發科研領域的全新突破與創新。
科技賦能時代,算力引領未來。作為全球領先的算力服務提供商之一,聯想與浙江大學等高校合作共創,致力于通過構筑堅實算力底座,推動教育與科研發展,通過高性能計算應用,強化科研攻關,為建設教育強國和創新型國家注入全新動能。
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