（開欄語：這是一個充滿考驗與變革的時代，這是一個緊密聯(lián)結(jié)的命運共同體的時代。

在這個疫情持續(xù)肆虐、抱團取暖的寒冬；在這個極端天氣頻發(fā)，氣候劇變的前夜；在這個虛擬現(xiàn)實浪潮，洶涌撲面的時刻；我們無比需要科技的力量、理性的力量，我們深信唯有此，我們才能突破現(xiàn)實的困境，去探索更為廣闊的世界，去追尋更加充盈的自我。

這個時代的弓箭已經(jīng)張開，最剛勁的科技之箭將飛馳而出！2022，我們推出開年巨獻，觸摸科技前沿，讓我們一起去預(yù)見未來！）

每經(jīng)記者 謝陶 每經(jīng)編輯 高涵

一直以來，超級計算機都是科幻作品里經(jīng)久不衰的熱門元素——《終結(jié)者》《新世紀(jì)福音戰(zhàn)士》《超體》中形態(tài)各異、高度人工智能化的超算，承載了人類關(guān)于量子世界及人腦潛力的想象。

每經(jīng)記者 張建 攝

不久前，弗蘭克·赫伯特（Frank Herbert）創(chuàng)作的史詩科幻小說《沙丘》被改編為同名電影，全球熱映。電影中呈現(xiàn)了一個細節(jié)豐富的沙漠星球厄拉科斯（Arrakis），令人仿佛身臨其境。

一群研究氣候模式的英國科學(xué)家被這顆陌生的星球深深吸引，試圖模擬出厄拉科斯的氣候環(huán)境。但是云層、溫度、降水、風(fēng)力等海量數(shù)據(jù)的繁復(fù)運算，非人力可為。于是這群科學(xué)家調(diào)用了一臺超級計算機，讓其日夜不停地處理數(shù)據(jù)，構(gòu)建模型，最終得出赫伯特書中所設(shè)想的氣候環(huán)境——很大程度上符合真實的氣候模型。

顯然，上文所述只是超算力量的“冰山一隅”。從古氣候研究、地震預(yù)警、地質(zhì)勘探、再到星體運行軌跡推演，超算在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了神奇的力量，在持續(xù)推動產(chǎn)業(yè)變革的同時，不斷拓展人類探索的邊界。那么，在經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展迭代后，未來的超級計算機將呈現(xiàn)出怎樣的發(fā)展形態(tài)？腦機融合有哪些前沿的研究領(lǐng)域？中國超算在發(fā)展過程中還存在哪些短板？

為此，《每日經(jīng)濟新聞》記者（以下簡稱NBD）獨家對話美國國家工程院院士、美國藝術(shù)與科學(xué)院院士、享譽世界的超級計算機先驅(qū)陳世卿（Steve Chen）。陳世卿也是美國第三腦研究院創(chuàng)始人及院長，還是中國航天云網(wǎng)工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室的首席科學(xué)家。

上世紀(jì)八九十年代，陳世卿被視作世界超算領(lǐng)域的“超級巨星”，《時代周刊》曾將其作為封面人物。他師承NASA早期的超級計算機ILLIACIV的首席系統(tǒng)設(shè)計師大衛(wèi)·庫克（David Kuck），于1979年加入了大名鼎鼎的美國克雷公司（Cray Research），擔(dān)任首席設(shè)計師和高級副總裁一職。

作為全球著名的超級計算機專家，陳世卿做到了四個“世界第一”：1983年研制出世界上第一部2CPU并行向量式超級計算機（Cray XMP/2），由此奠定了世界上并行向量式超級計算機系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)；1998年研制出世界上第一個全新的超級計算機系統(tǒng)架構(gòu)和應(yīng)用理念—刀片式超級計算機（Blade Supercomputers）；世界上第一個以超級計算機為基礎(chǔ)、全球聯(lián)網(wǎng)形成類似電流網(wǎng)格的信息網(wǎng)絡(luò)；世界上第一個以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)、應(yīng)用對應(yīng)用、動態(tài)的、成本低、效率高的企業(yè)協(xié)同作業(yè)中間軟件TONBU，極大地推動了全球超算的發(fā)展。

“刀片式超級計算機的服務(wù)器就像‘刀片’一樣，可插入機架式機箱內(nèi)。一塊‘刀片’就是一塊系統(tǒng)主板，既可單獨運行自己的系統(tǒng)服務(wù)于不同的用戶群；也可以集合成服務(wù)群，共享資源，運行分配的單一任務(wù)。擁有高度并行、實時協(xié)作、低功耗、低售價、空間小等特點。”陳世卿介紹道。

在談到未來超算的發(fā)展趨勢時，陳世卿告訴記者：“現(xiàn)在的超級計算機由于耗能太大，已經(jīng)走到了一個發(fā)展瓶頸，未來超算將從集中式演變?yōu)榉植际降?，深入社區(qū)、街道、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、大學(xué)和研究機構(gòu)等。與此同時，超算與腦科學(xué)也將走向更加深度的融合。”

“未來的超算應(yīng)是分布式的，全世界變成一張網(wǎng)”

NBD：目前，主流超級計算機基本上采用的都是集中式算力模式，在實現(xiàn)超強運算能力輸出的背后存在哪些不足？未來的超算將是怎樣的演變形態(tài)？

陳世卿：上世紀(jì)80到90年代，我都只在做一件事情——發(fā)明和制造全世界最快的超級計算機。在我設(shè)計的系統(tǒng)架構(gòu)基礎(chǔ)之上，集中式超級計算機開始飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于國防、石油、航天、航空、汽車、核電、氣象、化工、材料、生物、制藥等領(lǐng)域，例如美國AT&T、波音、通用、德國奔馳等都是我的客戶。

在全世界所有規(guī)模較大的超級計算機中，百分之八九十都是利用了我當(dāng)時創(chuàng)造的系統(tǒng)架構(gòu)與理念，從單機到雙機，一變二、二變四、四變八，演變?yōu)樯锨У牟⑿杏嬎恪?/p>

但隨著超級計算機體積越來越大，速度越來越快的同時，其耗能也越來越高。目前全世界速度前十名的超級計算機在運轉(zhuǎn)時，需要一個至少20兆瓦規(guī)模的供電站來支持，每小時僅消耗電量就超過2萬度，相當(dāng)于一座小型城鎮(zhèn)的日常消耗。

雖然是我創(chuàng)造了集中式超級計算機架構(gòu)，但其能耗巨大的難題始終無法攻克。如果沒有國家或是大型企業(yè)經(jīng)費支撐，這種模式很難持續(xù)，也很難廣泛應(yīng)用到未來數(shù)字經(jīng)濟的新場景之下。從國家層面來說，這種大型集中式超級計算機在探月、氣象監(jiān)測、石油勘探等領(lǐng)域依然有著巨大的需求。但從市場層面來看，由于其耗能巨大，許多中小型企業(yè)難以負擔(dān)。

于是，本世紀(jì)初，我開始重新思考另外一種系統(tǒng)架構(gòu)——從集中式轉(zhuǎn)向分布式。其核心目的就是讓超級計算機在速度更快的同時，耗能更低。這是一個完全不同的領(lǐng)域。

NBD：如何理解未來所有的超級計算機應(yīng)該是一個龐大的“分布式網(wǎng)絡(luò)”？

陳世卿：我認為將來所有的超算都應(yīng)是分布式的，輔以人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，全世界變成一張網(wǎng)。這個網(wǎng)絡(luò)的邊緣/底層就是社區(qū)、街道、產(chǎn)業(yè)園區(qū)等，那里有所有應(yīng)用的大數(shù)據(jù)，隨時可以接入超算。這是一個全新的構(gòu)想。

目前，我們?nèi)蕴幵陂_拓網(wǎng)格式智能超算的試點階段。比如說，將一座城市劃分成5000或是50000個網(wǎng)格，每一條街道或每一個社區(qū)都可以設(shè)置一臺小型的超級計算機，所有當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)都可以實時計算，轉(zhuǎn)化，并服務(wù)于當(dāng)?shù)?。然后所有的社區(qū)再結(jié)合起來，形成一張龐大的分布式網(wǎng)格。類似于現(xiàn)在的電網(wǎng)，在超算的分布式網(wǎng)絡(luò)中，未來的算力、算容、算法也是分布式的，可以互補。

例如，我們可以在上海嘉定設(shè)計的底層網(wǎng)格式智能超算，把各個社區(qū)的大數(shù)據(jù)集中上傳；也可以在杭州的西湖區(qū)，構(gòu)建網(wǎng)格式智能超算，將所有的城市變化數(shù)據(jù)化，將數(shù)據(jù)深入挖掘并整合在同一平臺，再用于智能醫(yī)療、教育、交通、制造、文創(chuàng)、能源、金融、環(huán)保、安防等終端服務(wù)。

NBD：作為一名跨越多個時代的頂尖科學(xué)家，從小型機、巨型機到超級計算機到云端電腦一系列的發(fā)展過程當(dāng)中，您觀察到人機交互的理念經(jīng)歷了怎樣的轉(zhuǎn)變？

陳世卿：人機交互的理念經(jīng)過了長期的演變。最早的人機交互都是集中式的、機械式的，把所有東西往那里一丟讓超算幫忙運算。如今，人機交互理念已經(jīng)從以前機械式、集中式過渡到了更加智能化、個人化的模式。

未來的超算應(yīng)該是更加靠近你的，更加個人化的。比如說你現(xiàn)在住的地方，你的社區(qū)旁邊就有一個小型分布式的智能超算。它需要的數(shù)據(jù)來源于這個社區(qū)，其完整的應(yīng)用場景也在這個社區(qū)，并服務(wù)于整個社區(qū)的人。

假如某天，一名心臟病人突然倒在馬路上。我們?nèi)绾瘟⒓粗肋@名病人的心臟病患病類型？哪家醫(yī)院有該類心臟病的?？漆t(yī)生并且離得最近？如何最快調(diào)度救護力量？這些都需要運用智能超算，對所有數(shù)據(jù)進行快速計算，包括病人狀況，定位，路況，醫(yī)院條件等。這是未來智能超算發(fā)展的重要方向和應(yīng)用場景之一。

“未來超算應(yīng)朝類腦方向發(fā)展”

NBD：除了分布式、網(wǎng)格化的趨勢之外，未來超級計算機還將怎樣迭代演變？

陳世卿：我認為，未來的超級計算機還應(yīng)朝著“類腦”的方向發(fā)展，體積小、運算速度快、能耗低。

事實上，人腦的日常消耗不過25瓦，但它卻能指揮約1000億的神經(jīng)元，每天處理巨量的信息。人腦，作為人體最微妙的智能器官，其“性能”比超級計算機更強。目前人腦的開發(fā)不過5%，如果能借助腦科學(xué)提升人腦開發(fā)，并將其與超算結(jié)合，將創(chuàng)造出極具價值的應(yīng)用場景。

NBD：您2013年就在硅谷準(zhǔn)備成立第三腦研究院，并于2019年正式成立，聚焦腦機融合的研究。那么在您看來“第三腦”的核心理念是什么？目前圍繞“第三腦”有哪些主要研究方向？

陳世卿：事實上，十幾年前我的研究方向就轉(zhuǎn)向了類腦計算，希望依靠“彈性分配”令超級計算機可以像人的大腦一樣低能耗、高效率，同時提升大腦的開發(fā)程度。這樣的轉(zhuǎn)向?qū)ξ叶?，無異于一場“自我革命”。

除了大腦（第一腦）、小腦（第二腦），我們每個人都有一個“延伸”出來的“第三腦”。“第三腦”也叫仿生腦，是認知神經(jīng)科學(xué)、生物信息科學(xué)、生物系統(tǒng)科學(xué)、生物工程科學(xué)、生命科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、信息工程科學(xué)、超級計算機科學(xué)等相結(jié)合的綜合性科學(xué)。依靠高度可信、安全、高效、分布式和協(xié)作式的超級網(wǎng)格云端平臺，我們在全球展開了研發(fā)工作。

目前，“第三腦”主要有四大研究方向——研究腦、保護腦、開發(fā)腦、延伸腦。開發(fā)腦領(lǐng)域的研究相對較為成熟。

第一個方向是研究腦，深入了解腦的基礎(chǔ)生物機制。只有了解清楚其基本架構(gòu)，它為什么智能之后，我們才能進行類腦計算。想象一下，大腦指揮約1000億個神經(jīng)元，卻只耗能25瓦，而其中一半的耗能只是為了大腦的生物需求。這樣的結(jié)構(gòu)充滿了奧妙。

第二個方向是保護腦，在對大腦進行深度研究之后，我們就知道了它有什么缺點和弱點，從而知道采取怎樣的保護措施來防止腦損傷和針對腦疾病找到早期精準(zhǔn)檢測和干預(yù)的方法。我們的研究重點在于如何進行早期檢測，從信息層面、物理層面、化學(xué)層面等提前預(yù)判并介入，降低發(fā)病風(fēng)險，將治病的“窗口期”前移。

第三個方向是開發(fā)腦，研究發(fā)展腦機融合的高效率學(xué)習(xí)方法。老天爺賜予我們這么聰明的大腦，我們應(yīng)該重點研究如何將一個人的大腦潛力發(fā)揮出來，不被別的因素壓抑住。

我們曾在美國弗利蒙高中進行試點，最終證明“第三腦”相關(guān)技術(shù)可以顯著提高學(xué)習(xí)速度和效果。我希望未來可以用我們的理論和技術(shù)，充分激發(fā)大腦的學(xué)習(xí)潛力，幼兒園到博士17歲左右就可以念完，再通過3年的社會實踐，一個人到20歲左右就可以擁有博士級別的思考分析能力。“如同我雖然77歲了，但我大腦的年齡才30多歲，我現(xiàn)在的思考創(chuàng)新能力跟30多歲時不相上下。”

最后一個方向則是延伸腦，將腦機融合的技術(shù)延伸到云端，實現(xiàn)從小到老，終生陪伴。

NBD：如今，腦科學(xué)領(lǐng)域的研究早已站上科技圈的風(fēng)口浪尖，特斯拉CEO埃隆·馬斯克、Google創(chuàng)始人謝爾蓋·布林等紛紛入局。那么，腦科學(xué)有哪些前沿的應(yīng)用場景？

陳世卿：以智能醫(yī)療領(lǐng)域為例，我們正與世界知名醫(yī)學(xué)院校共同研究腦疾病與癌癥預(yù)防，借助腦科學(xué)與人工智能實現(xiàn)“未卜先知”，提前診斷出疾病，在早期實現(xiàn)非侵入式的疾病治療。

譬如，根據(jù)腦視覺神經(jīng)的研究，在阿茲海默癥患者還沒有開始喪失記憶之前，利用新開發(fā)的精密儀器早期檢測出腦認知功能的下降，并進行非藥物的物理干預(yù)和康復(fù)，提升個人生活品質(zhì)。目前，帕金森綜合癥、自閉癥、抑郁癥、老年癡呆癥、癲癇癥，這5種腦疾病是智能醫(yī)療的攻堅項目。

此外，以智能教育為例，我們希望從腦科學(xué)找到一個規(guī)律，可以很早就判斷出一個兒童是適合科學(xué)型、技術(shù)型、工程型、藝術(shù)型還是醫(yī)學(xué)型的學(xué)習(xí)教育。

腦科學(xué)結(jié)合人工智能將變革未來的教育系統(tǒng)。中國目前第一次人口紅利已經(jīng)過去，以前我們靠勞動力密集型，現(xiàn)在社會進入到老齡化階段，需要依靠科技的力量。而腦科學(xué)可以加快年輕人才釋放到社會的速度，有助于實現(xiàn)第二次人口紅利。

NBD：此前，埃隆·馬斯克在談到腦機融合的時候，認為人類只有一個選擇——成為人工智能（AI）。你怎樣看待這樣的說法？

陳世卿：其實，馬斯克有的時候表達得比較偏激了一點。他談到的腦機融合、腦機接口技術(shù)是腦科學(xué)與AI技術(shù)的結(jié)合，通過植入芯片，幫助殘障人士過正常的生活。

但我認為腦科學(xué)另一個重要的發(fā)展方向是——激發(fā)大多數(shù)人的大腦潛力，促進思考創(chuàng)新。人腦是最聰明的，我們總能思考發(fā)明出一種新的工具來增強某方面的能力，就像是望遠鏡、顯微鏡之于人眼，汽車、飛機之于雙腿。人工智能只是人“延伸”的一部分，光有人工智能是不夠的，必須要深度結(jié)合腦科學(xué)。

未來最好的人機交互，其實就是繁重龐雜的工作交由人工智能完成，再通過腦機融合技術(shù)，讓我們的大腦專注于思考創(chuàng)新。

“中國超算達到世界領(lǐng)先水平，但應(yīng)用型人才短缺”

NBD：多年以來，您的科研經(jīng)歷和中國有著千絲萬縷的聯(lián)系，促進了中國醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺的發(fā)展成型。請分享下您當(dāng)年在中國參與超算項目的經(jīng)驗。

陳世卿：最早在2004年的時候，我決定回到中國，最初在深圳設(shè)計完成了我的第三代超級刀片計算機。當(dāng)時并沒有第一時間拿去賣，而是將新一代的超算帶到了中國貧困邊遠的農(nóng)村和少數(shù)民族地區(qū)。

我們在這些地區(qū)設(shè)立了4個臨床試點，包括河北張家口康保縣、內(nèi)蒙古的錫林郭勒盟、甘肅阿克塞的哈薩克族自治縣等。我和團隊花了7年的時間深入當(dāng)?shù)卣{(diào)研，收集挖掘了大量醫(yī)療數(shù)據(jù)，尤其是當(dāng)?shù)氐穆圆〈髷?shù)據(jù)，成功建立起一個慢性病的信息網(wǎng)格模型，實現(xiàn)了縣、鄉(xiāng)、村三層基礎(chǔ)醫(yī)療的互聯(lián)互通，形成了今天中國慢性病醫(yī)療系統(tǒng)“醫(yī)聯(lián)體”的1.0版，也促進了早期農(nóng)村的“新農(nóng)合”醫(yī)療付費系統(tǒng)的發(fā)展完善。

2007年，時任衛(wèi)生部長高強視察張家口康?？h，看到我們的醫(yī)療數(shù)據(jù)與網(wǎng)格模型后非常滿意，“太好了，這才是中國未來的大健康平臺。”后來在高強部長的推動下，200個縣得到了國家醫(yī)療改革經(jīng)費的積極資助，醫(yī)療大數(shù)據(jù)網(wǎng)格模型得以在更多地方推廣，后來逐步變成了國家慢性病的管理平臺。

2006年至2012年那段時間，我整個工作重心都轉(zhuǎn)移到了北京，獨立融資組隊，繼續(xù)發(fā)展第4、5、6、7代刀片式超級計算機，并開發(fā)醫(yī)院醫(yī)療軟件，建立起了中國最早期的健康云計算、大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺。

最初我們1.0版本的想法是將縣、鄉(xiāng)、村結(jié)合在一起，打造“醫(yī)聯(lián)體”。未來，我們希望全中國都是一張網(wǎng)，用一個健康碼。人始終是流動的，但在一張網(wǎng)之下，不論走到哪里，你的慢性病，你的家族病史都可以及時準(zhǔn)確地全部調(diào)出來。

NBD：近年來，中國在TOP500高性能超級計算機的數(shù)量上，逐步在全球占據(jù)制高點，以“神威·太湖之光”和“天河二號”為代表的超算屢次在算力上領(lǐng)先全球。根據(jù)您的觀察，中國的超級計算機在全球處于什么樣的水平？

陳世卿：其實，從系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)制造上來看，中國已經(jīng)處于前沿的水平了。全球排名前十的超級計算機里面有不少來自中國。例如不久前，在全球超級計算大會上，由之江實驗室牽頭的中國超算應(yīng)用團隊，憑借新一代神威超級計算機研發(fā)的量子計算模擬器——“超大規(guī)模量子隨機電路實時模擬”（SWQSIM）獲得了超級計算應(yīng)用領(lǐng)域國際最高獎項——2021年度“戈登·貝爾”獎。這是中國超算發(fā)展水平的集中縮影之一。

NBD：那么，中國目前在超算的發(fā)展上還存在哪些短板？

陳世卿：首先是中國的超算應(yīng)用型人才不足。中國培養(yǎng)的人才集中在中科院等大型機構(gòu)院所，主要研究集中式超算，領(lǐng)域相對較窄，而且也只有國家機構(gòu)能夠負擔(dān)。

未來的分布式智能超算將會是一個個分散到社區(qū)、街道、產(chǎn)業(yè)園區(qū)的小型超算，將會有更多更為細分、復(fù)雜的應(yīng)用場景。鑒于此，中國的人工智能應(yīng)用型人才還存在很大的缺口，目前至少需要500萬相關(guān)的開發(fā)人才。此前，我們在成都錦城學(xué)院成立了人工智能學(xué)院，希望培養(yǎng)更多中高端的應(yīng)用開發(fā)人才，并計劃將成功的培養(yǎng)模式，復(fù)制到一百所高校。

另外就是市場在談超算的時候，談具體產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品比較多，很少有人談算力算容。實際上，中國的智能超算發(fā)展，在算力算容上是一個較大的缺口。未來所有的人工智能場景都需要算法，而算法需要算力支持，這塊需要大力開發(fā)。

目前，有的城市意識到發(fā)展以人工智能為代表的數(shù)字經(jīng)濟的核心在于算力，已經(jīng)開始了相關(guān)布局，華為、浪潮等企業(yè)也在參與城市算力算容的建設(shè)。中國應(yīng)該要以產(chǎn)業(yè)園區(qū)、社區(qū)為核心，布局5G基站等新型基礎(chǔ)設(shè)施和算力，為中小企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展?fàn)I造良好的配套環(huán)境。

最后，只有將腦科學(xué)、人工智能和智能超算結(jié)合在一起，才能完成從端到邊緣的應(yīng)用場景，建立起完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

NBD：最后一個問題，從最初加入壟斷世界超級電腦市場的克雷公司，到與創(chuàng)始人西摩·克雷分道揚鑣中間你們經(jīng)歷了什么？作為一名頂尖科學(xué)家，同時也是資深創(chuàng)業(yè)者，您如何在技術(shù)探索與商業(yè)之間保持平衡？

陳世卿：因為他研究的超算系統(tǒng)被我超過了（笑）。當(dāng)時，我的第二代超算研制出來了，他的第二代還沒出來。慢慢地，整個公司的營收全都“依靠我的產(chǎn)品”。

事實上，研發(fā)每一代超算都要花很多錢，去支撐上百人的研發(fā)團隊。當(dāng)時公司并不能支撐兩個都在“燒錢”的研發(fā)團隊。一方面，克雷畢竟是創(chuàng)始人，公司一定要優(yōu)先支持他的想法和研究；另一方面，我為公司帶來大量的商業(yè)利益，卻依然沒法籌集到足夠的后續(xù)研發(fā)基金。久而久之，我倆就“分離”了，后來我主動帶著45個工程師的研究團隊離開了公司。

一直以來，我都是探索前沿領(lǐng)域比較多。我的超算當(dāng)然能夠創(chuàng)造可觀的收益，但我又將其投入到了下一個研究。研究—新產(chǎn)品面世—商業(yè)變現(xiàn)—再研究，如此循環(huán)往復(fù)。

我的人生觀就是，將我的科研成果惠及更多的老百姓，不管是中國人還是美國人，全世界都需要幫忙，能做到這一點就很好！我希望從事科技行業(yè)的人能夠?qū)崿F(xiàn)自己的理念與價值。做科研的目的不是為了賺錢，而是為了讓技術(shù)紅利惠及所有的人，幫助社會底層的人們解決困難?？萍贾溃从隄?！