AI浪潮席卷科研領(lǐng)域，華為智算實驗室解決方案應(yīng)運而生，利用在AI、高性能計算等領(lǐng)域的優(yōu)勢，加速科研成果轉(zhuǎn)化，助力國家實驗室體系突破瓶頸，引領(lǐng)科研創(chuàng)新邁向新時代。

　　在科研領(lǐng)域，智能化已成為推動科技進步的重要引擎。我國的實驗室體系是國家重要科研力量，承擔著引領(lǐng)科技創(chuàng)新、突破關(guān)鍵技術(shù)以及支撐國家重大戰(zhàn)略任務(wù)的重任。然而，在洶涌澎湃的科研智能化浪潮中，我國的實驗室體系也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。

　　首先，隨著科研項目的復(fù)雜化和精細化，算力需求激增成為制約科研進展的關(guān)鍵因素。科研工作對算力的需求呈指數(shù)級增長。傳統(tǒng)計算資源難以滿足大規(guī)模科學(xué)計算、數(shù)據(jù)分析和模型訓(xùn)練的需求，科研進程因此受阻。

　　其次，科研數(shù)據(jù)管理復(fù)雜且安全性要求高。科研過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)需要進行高效、安全地存儲、處理和分析。然而，當前許多實驗室科研數(shù)據(jù)不能有效共享和協(xié)同利用，其數(shù)據(jù)管理呈現(xiàn)碎片化、分散化。同時，科研數(shù)據(jù)涉及國家安全和知識產(chǎn)權(quán)，安全性要求極高，任何數(shù)據(jù)泄露都可能帶來嚴重后果。

　　第三，科研園區(qū)管理難。在科研與實驗室領(lǐng)域，往往存在多研發(fā)中心且布局分散、人員數(shù)量多管理難且溝通效率低、科研儀器費用高且共享效率低等各種問題。

　　此外，科研協(xié)同與創(chuàng)新不足也是當前我國實驗室體系面臨的挑戰(zhàn)之一。隨著科研項目的跨學(xué)科性和合作性日益增強，科研協(xié)同與創(chuàng)新成為提升科研水平的關(guān)鍵。然而，當前許多實驗室在科研協(xié)同方面機制不健全、溝通不暢，難以充分發(fā)揮團隊智慧和集體力量。

　　三大平臺，助力創(chuàng)新

　　作為科研智能化的先鋒，華為針對我國實驗室體系在科研智能化時代面臨的新挑戰(zhàn)，通過先進的技術(shù)和深厚的研發(fā)實力，為科研領(lǐng)域注入全新的動力。在華為全聯(lián)接大會2024期間，華為智算實驗室解決方案正式亮相， 方案依托智能感知、智能聯(lián)接、智能中樞等全棧自主創(chuàng)新產(chǎn)品和平臺，構(gòu)建科研計算、科研服務(wù)、實驗室科研園區(qū)三大科研平臺能力，加速科研成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，助力科研創(chuàng)新高質(zhì)量發(fā)展。

　　華為公共事業(yè)軍團副總裁孫鵬飛發(fā)布智算實驗室解決方案

　　1、科研計算

　　科學(xué)計算平臺具備全?？蒲杏嬎阏{(diào)度能力，適配科研套件和實驗室業(yè)務(wù)軟件，打造實驗室開放創(chuàng)新計算平臺，解決多元異構(gòu)計算調(diào)度難題。同時，通過引入AI技術(shù)，提升計算效率并保障科研連續(xù)性，適配生命科學(xué)和信息科學(xué)等多個領(lǐng)域的科研生態(tài)，打造了科學(xué)研究新范式。

　　面向科研計算場景，華為提供全棧創(chuàng)新的鯤鵬高性能計算方案，助力客戶開展多學(xué)科交叉研究，該方案涵蓋硬件、基礎(chǔ)軟件、調(diào)度和管理軟件等多個方面。在硬件層面，華為提供自研高性能計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件。在軟件層面，華為通過提供數(shù)學(xué)庫、通信庫、編譯器、管理調(diào)度軟件等基礎(chǔ)軟件，為客戶構(gòu)建自主、完整的高性能計算基礎(chǔ)軟件棧。面向應(yīng)用，華為秉持開放的態(tài)度，與各科研領(lǐng)域的專家共同開展面向生命科學(xué)、信息科學(xué)、氣象海洋、新材料等重點領(lǐng)域的學(xué)科交叉研究與合作。在生命科學(xué)領(lǐng)域，華為已跟主流生信社區(qū)合作，實現(xiàn)4000多款應(yīng)用原生支持鯤鵬。

　　傳統(tǒng)科學(xué)計算研究面臨很多難以求解的問題，比如藥物和材料設(shè)計、湍流等，究其根源主要是計算的“維數(shù)災(zāi)難”，即隨著自由度的增多，問題的復(fù)雜度往往呈現(xiàn)指數(shù)級的增長。華為昇思MindSpore專為AI計算設(shè)計，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬的非線性擬合，幫助科學(xué)家求解高維方程，進而提升科技創(chuàng)新的效率。

　　當前，在科研計算平臺上，華為昇思已在多個科學(xué)領(lǐng)域有所突破。比如電磁仿真領(lǐng)域，大到無線基站的天線陣列，小到手機或者耳機，電磁仿真套件都能使仿真模擬效率提升10倍以上。再比如在流體仿真方面，華為與商飛聯(lián)合，開發(fā)面向大型客機翼型流場的高效高精度的AI仿真預(yù)測模型，能高效模擬飛機起飛和飛行階段機翼及機體流場的時空演化，為飛機氣動設(shè)計提供有價值的參考，通過AI預(yù)測的流場平均誤差降低到10^-4 量級，仿真預(yù)測效率提升數(shù)十倍。

　　圖1 華為智算實驗室解決方案

　　2、科研服務(wù)

　　科研服務(wù)平臺能夠?qū)?shù)據(jù)源轉(zhuǎn)化為有價值的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，并進一步開發(fā)和提升數(shù)據(jù)處理、分析和應(yīng)用的能力，最終將這些能力轉(zhuǎn)化為具體的有價值的服務(wù)，比如數(shù)據(jù)分析報告、輔助決策系統(tǒng)、科技信息展示等，從而構(gòu)建起一套科學(xué)大數(shù)據(jù)體系。

　　科研服務(wù)平臺基于一體化云架構(gòu)，提供數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉、數(shù)據(jù)湖、數(shù)據(jù)治理等產(chǎn)品及工具，實現(xiàn)跨域多DC數(shù)據(jù)全局可視、可管、可用，使科研存數(shù)、治數(shù)、用數(shù)的體驗變得簡單、高效、便捷，并保障數(shù)據(jù)的采集、存儲、治理、計算加工、共享交換、交易流通等全過程安全可控，進而保障科技數(shù)據(jù)全生命周期的安全，做到可信、可追溯、可控。

　　憑借華為30年研發(fā)實踐、研發(fā)理念以及先進的研發(fā)工具，科研服務(wù)平臺還能提供一站式、全流程、安全可信的軟件開發(fā)生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線可以提供完全自主創(chuàng)新的開發(fā)工具鏈，覆蓋軟件交付全生命周期的各個環(huán)節(jié)。在開發(fā)方面，支持20多種主流編程語言，可支持百萬級代碼大模型，內(nèi)置4000多個代碼檢查規(guī)則，從而實現(xiàn)智能化研發(fā)，編程效率提升20%。在測試方面，測試環(huán)境支持按需編排和千萬TPS性能測試。

　　科研服務(wù)平臺還提供DataDimension工具，該工具以筆記為載體輔助科研項目團隊及科研人員，服務(wù)科研全流程的工具產(chǎn)品。該產(chǎn)品可運用于從課題探索、科研立項開始，到科研數(shù)據(jù)收集和建立基于科研數(shù)據(jù)的方法論，再到產(chǎn)出科研成果的整個流程。在幫助科研人員及團隊高效實現(xiàn)科研目標的同時，它還能不斷完善數(shù)據(jù)庫、沉淀有效的科研數(shù)據(jù)。

　　3、實驗室科研園區(qū)

　　實驗室科研園區(qū)采用HiSec方案，通過防火墻、IP、光網(wǎng)等產(chǎn)品組合，滿足客戶等保三級、科研園區(qū)多分支安全上網(wǎng)、分支總部安全互聯(lián)等需求?？蒲袌@區(qū)網(wǎng)絡(luò)采用萬兆高品質(zhì)mGE+wifi7方案，實現(xiàn)了科研園區(qū)高密接入場景的有效管理。多園區(qū)業(yè)務(wù)隨行方案，能夠確保一總部多分支科研園區(qū)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的體驗一致性，從而提升對接效率并降低集成成本。

　　對客戶來說，實驗室科研園區(qū)通過網(wǎng)絡(luò)安全管理、業(yè)務(wù)隨行、科研儀器管理等“組合拳”，有效助力園區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。首先，基于園區(qū)通用方案的智能安防、便捷通行，不僅能實現(xiàn)人員精準管理，區(qū)域權(quán)限實名化，訪客進出實時管理，而且可以通過安防監(jiān)測實現(xiàn)二次校對和監(jiān)管，發(fā)現(xiàn)異常及時智能告警。其次，全網(wǎng)資產(chǎn)安全態(tài)勢感知能夠整體把握并改善安全狀況；貼近客戶業(yè)務(wù)，更快更準檢測已知、未知安全威脅；自動化響應(yīng)安全威脅事件，做到快速取證和止損，恢復(fù)業(yè)務(wù)。通過集中控制與策略隨行，做到用戶的隨時隨地安全接入和以人為中心精細化管理，實現(xiàn)業(yè)務(wù)隨行?？蒲袃x器管理通過IoT平臺軟件、統(tǒng)一運維等，實現(xiàn)各類園區(qū)設(shè)備的數(shù)據(jù)集成和設(shè)備控制，提升資產(chǎn)可視管理和使用效率，降低維護成本。

　　4、實驗室場景數(shù)字化咨詢

　　除了以上介紹的科研計算、科研服務(wù)、實驗室科研園區(qū)三大平臺之外，華為還依托IPD研發(fā)實踐經(jīng)驗，打造實驗室場景數(shù)字化咨詢服務(wù)，包括科研管理輕咨詢和IT治理輕咨詢，助力實驗室客戶提升科研協(xié)同與創(chuàng)新能力。該咨詢服務(wù)能夠在組織原則、技術(shù)規(guī)劃流程體系、科研開發(fā)流程體系、IT建設(shè)與管理等各個方面，為實驗室客戶提供行業(yè)最佳實踐、IPD咨詢專家團隊以及可信的流程保障等能力。

　　科研管理輕咨詢主要針對科研流程不暢、上下銜接不暢、人才培養(yǎng)不成體系等問題，幫助客戶解決內(nèi)外部科研流程不暢通的問題，并加強高端人才的吸引和培養(yǎng)。IT治理輕咨詢則針對客戶信息化系統(tǒng)建設(shè)隨意，廠商選擇隨意等問題，幫助客戶規(guī)劃統(tǒng)一的科研IT平臺建設(shè)藍圖，打造一套統(tǒng)一的科研IT平臺、管理體系和流程。

　　自主創(chuàng)新，價值基石

　　華為智算實驗室方案秉持全棧自主創(chuàng)新理念，從芯片到操作系統(tǒng)，從應(yīng)用到服務(wù)，均實現(xiàn)自主創(chuàng)新，不僅提升了產(chǎn)品的競爭力和用戶體驗，也提供了更加安全可靠的科研支撐平臺。通過提供高效、安全、創(chuàng)新的解決方案，華為智算實驗室為客戶帶來如下關(guān)鍵價值：

　　· 加速科技創(chuàng)新進程：

　　全棧自主創(chuàng)新，解決了多元異構(gòu)算力調(diào)度難題，提升計算效率，保障科研連續(xù)性；AI4S（AI for Science）通過非線性擬合方式，幫助科學(xué)家解決高維方程求解難題，大模型為科研創(chuàng)新帶來新范式。

　　· 提升科研服務(wù)效能：

　　打通多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)科研數(shù)據(jù)的分級管理、安全流轉(zhuǎn)和全域數(shù)據(jù)流動；通過實驗室流程管理應(yīng)用，提高科研項目管理效率。

　　· 助力科研園區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型：

　　通過構(gòu)建業(yè)務(wù)隨行、網(wǎng)絡(luò)安全管理以及實驗儀器科學(xué)管理等能力，提升科研辦公效率。

　　· 提升科研協(xié)同與創(chuàng)新能力：

　　打通內(nèi)外部科研流程，加強高端人才的吸引和培養(yǎng)；打造統(tǒng)一科研IT平臺、管理體系和流程。

　　綜上，華為智算實驗室方案幫助客戶加速科技創(chuàng)新進程，提升科研服務(wù)效能，助力科研園區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升科研協(xié)同與創(chuàng)新能力，最終助力客戶在信息科學(xué)、生命科學(xué)、氣象、醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)AI大模型的應(yīng)用實踐，推動行業(yè)智能化升級。

　　春華秋實，未來可期

　　目前，華為該方案已服務(wù)20多個國家實驗室、省實驗室等各類實驗室的建設(shè)。特別是在生命科學(xué)、信息科學(xué)領(lǐng)域，華為通過持續(xù)的能力構(gòu)建，為新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展蓄勢賦能。

　　在生命科學(xué)領(lǐng)域，華為構(gòu)建了三個能力：適配并遷移3200多款主流科研計算軟件；聯(lián)合伙伴打造實驗室Lims系統(tǒng)，支撐實驗室、人、機、料、法、環(huán)全要素智能化管理；端到端全棧技術(shù)集成，保障生信實驗室系統(tǒng)可靠、可控、可追溯。在崖州灣科技城，崖州灣實驗室攜手華為，基于鯤鵬高性能計算打造種子等生命科學(xué)應(yīng)用平臺，加速科研成果轉(zhuǎn)化效率，助力科研創(chuàng)新高質(zhì)量發(fā)展。在自主創(chuàng)新方面，算力、存儲與自研高速網(wǎng)絡(luò)組合，構(gòu)建完善的硬件架構(gòu)；歐拉操作系統(tǒng)、MPI等則構(gòu)建起基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用優(yōu)化能力。在應(yīng)用生態(tài)方面，聯(lián)合伙伴，通過眾智計劃、鯤鵬展翅基金、科研創(chuàng)新計劃等從源頭使能BiOCONDA、Bioconductor社區(qū)，讓生命科學(xué)應(yīng)用在上游社區(qū)支持鯤鵬。

　　在信息科學(xué)領(lǐng)域，華為也實現(xiàn)了三個能力：完成書生、鵬城等多個伙伴大模型AI模型適配開發(fā)，實現(xiàn)主流大模型適配；集成行業(yè)頭部伙伴，實現(xiàn)客戶現(xiàn)網(wǎng)大模型開發(fā)工具適配，增強AI大模型，使能客戶競爭力；聯(lián)合伙伴，補充多瑙調(diào)度能力，增強混合調(diào)度能力，實現(xiàn)異構(gòu)算力融合調(diào)度。在鵬城實驗室，華為助力客戶構(gòu)建全棧自主創(chuàng)新的大模型訓(xùn)練和應(yīng)用平臺，突破了大規(guī)模組網(wǎng)、高性能軟件棧、大規(guī)模并行訓(xùn)練等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)筑了安全可信的AI軟硬件生態(tài)系統(tǒng)，支持科研人員依托“鵬城云腦”大科學(xué)裝置開展科學(xué)前沿研究，促進重大成果的產(chǎn)出。

　　此外，華為助力北京、上海、武漢、西安等20多個城市建設(shè)人工智能計算中心，將全國節(jié)點連成一張網(wǎng)，打造人工智能算力網(wǎng)絡(luò)，形成算力匯聚、數(shù)據(jù)匯聚和生態(tài)匯聚，通過構(gòu)建領(lǐng)先的昇騰AI算力平臺，將業(yè)界主流、本地創(chuàng)新的大模型與產(chǎn)業(yè)場景充分銜接對接，使AI算力集群賦能產(chǎn)業(yè)集群，打通“政產(chǎn)學(xué)研用”，賦能數(shù)字經(jīng)濟與高質(zhì)量發(fā)展。

　　隨著科研智能化時代的不斷深入發(fā)展，華為智算實驗室方案將在我國實驗室體系建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用。一方面，隨著技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，華為將持續(xù)優(yōu)化和完善智算實驗室方案，提升產(chǎn)品的性能和用戶體驗；另一方面，隨著科研需求的不斷變化和升級，華為將積極拓展智算實驗室方案的應(yīng)用領(lǐng)域和場景，支持更多領(lǐng)域和行業(yè)的科研創(chuàng)新工作。

　　同時，華為正在從以工程和技術(shù)創(chuàng)新為特征的創(chuàng)新1.0向以基礎(chǔ)理論突破和基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)明為特征的創(chuàng)新2.0轉(zhuǎn)變。華為將圍繞基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)進行突破性研究，推動產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新協(xié)同，共創(chuàng)共建，為科研智能化持續(xù)注入新動力。

　　未來，華為期待與客戶和伙伴進一步加深合作，共同構(gòu)建更加智能、高效、低碳的科研基礎(chǔ)設(shè)施，助力國家科技自立自強，創(chuàng)造更加美好的未來。

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