11 学科融合赋能科研创新

11.1 双轮驱动服务革新

“交我算”的建设与管理由三大要素构成:算力基座、人才团队与计算服务。通过算力基座与人才团队的”双轮驱动”,支撑计算服务不断革新升级,赋能科研原始创新与前沿突破。

经过十年的持续投入与建设,“交我算”已成为国内高校顶尖的算力基座,包括了五大计算平台和统一的存力底座;并打造聚合门户,提供统一用户入口,为师生提供“互联网”化的计算服务体验。同时,为更好支撑不同专业领域的计算,“交我算”团队招募了具有不同学科背景的成员,针对重点热门领域进行重点支撑,比如生物、材料、航天航空等。他们充当了应用学科与计算学科之间的“翻译官”的角色,降低了沟通成本,提升了服务品质。

11.2 计算服务模式的升级和演化

在不断增强算力基座与人才团队的同时,“交我算”的计算服务模式也经历了十余年的演化和发展。

在2012年之前,校内尚未建成统一的计算平台,各院系分散建设了若干小平台,以满足各自的计算资源需求,形成”谁要算,谁就自己买”的格局。由于分散的平台资源被各个院系独占,无法在全校范围内进行共享和调用,造成了很大的资源浪费。同时,院系中缺少专业的计算平台运维管理人员,无法保证平台的有效利用和管理。

从2012年开始,学校成立了高性能计算中心,建设了超级计算机π1.0,为全校师生提供高性能计算服务,做到了”谁想算,都可以来算”。当时的高性能计算中心规模尚小,仅提供计算平台的运维支撑服务,保障平台的正常运行。

近年来,理工生医农等学科对计算的需求增长迅速,计算的方法和工具也日益复杂,这为基于学科融合的计算服务带来了新机遇和新挑战。学科融合可提供更多元的理论基础和视角,更容易产生创造性成果。越尖端、前沿的研究越需要突破单一学科的限制,基于学科融合的思维和共同努力才有可能成功。

自2015年起,“交我算”团队开始尝试帮助用户针对现有程序进行性能优化,提高速度,缩短时间,实现“从10到1”的提升。具体的优化方式包括:将串行代码改成大规模并行、将CPU程序移植GPU平台、对于内存和存储使用进行优化等。获得显著成果的代表性案例包含:①协助瑞金医院陈赛娟院士团队开发既快又准的基因组分析流程,将白血病基因分析时间从1周缩短到13小时;②优化密西根联合学院鲍华教授团队自研的声子玻耳兹曼方程模拟BTE代码,将单个算例的运行时间从2周缩短到2分钟。

自2018年起,“交我算”团队开始主动深入学科研究领域发掘用户需求,发挥学科融合计算服务模式的优势。与不同学科的用户分工合作,科研用户负责研究创新和程序实现,计算专员负责环境适配和代码优化,共同完成应用程序研发和论文撰写。例如与物理与天文学院景益鹏院士团队共同研发N体问题程序CUBE,完成世界上粒子数最多的N体模拟计算,打破了世界纪录。

自2021年起,“交我算”团队对接学校”大健康”“大海洋”“大信息”的发展战略,在支持科研团队的应用研发外,开辟出受众更多、更加普适的科研软件研发道路。团队秉持科研软件工程(RSE)行业的概念,致力将论文中发表的代码扩展成真正可用的软件,从服务一个科研团队到服务一个领域的最终用户。同时,团队践行软件自主创新,开发部署了多项自研软件和平台,完成了”从0到1的突破”。

11.3 支撑科研成果产出

随着”交我算”服务模式的不断革新,团队致力于从”省钱、省时、省心”三方面提升用户体验,支撑科研成果不断产出。

  • “省钱”:2015年起,全校采购计算设备金额逐年攀升。2018年新一期”交我算”π2.0算力基座建成后,全校采购计算设备金额持续下降,近三年已为学校节省分散采购金额累计超亿元。
  • “省时”:一寸光阴一寸金,“交我算”一方面节省了用户建设算力的时间。原先需要半年左右的时间进行采购和建设,现在只需10~15分钟就可以立即申请使用计算资源;另一方通过先进的硬件设备、强大算力资源,极大减少了用户程序的运行时间,缩短了论文发表周期。
  • “省心”:通过学科融合的服务模式让科研团队专注科研创新,把研究中遇到的计算问题交给计算团队。近三年来,已为20多个科研团队提供学科融合支持。
  • 产出:实现对学校”理工生医农”的全学科覆盖,自2013年以来,已累计服务20余个一级学科、500多个科研团队、600余个科研项目。支撑高水平论文400 多篇,其中CNS 及其子刊45 篇。2020年全校9 篇CNS(第一作者)论文中,就有2 篇来自”交我算”用户。