當(dāng)“天河二號”以每秒33.86千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算速度再次榮登全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜榜首的時(shí)候，我一直有兩個(gè)疑問：一是33.86千萬億次計(jì)算能力是不是通過增加服務(wù)器數(shù)量就可以實(shí)現(xiàn)，有沒有這么簡單？第二什么應(yīng)用需要如此強(qiáng)大并行計(jì)算能力，所謂計(jì)算能力是不是一個(gè)數(shù)字游戲。
基因研究和超級計(jì)算機(jī)
如今，這兩個(gè)問題都有了答案。首先要實(shí)現(xiàn)千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算不是那么簡單的。以天河二號為例，參與LINPACK測試的節(jié)點(diǎn)有16000個(gè)，耗時(shí)5個(gè)多小時(shí)，在這個(gè)過程中，只要有一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障，測試就會宣告失敗。這意味著如果節(jié)點(diǎn)服務(wù)器的故障率是萬分之一，1.6萬臺節(jié)點(diǎn)服務(wù)器就意味著測試100%不會成功。因此，參與運(yùn)算的機(jī)器數(shù)量越大，失敗的風(fēng)險(xiǎn)越高。另外，節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、效率都是問題。總之，要構(gòu)建一臺千萬億次超級計(jì)算機(jī)還是有很多技術(shù)難點(diǎn)要克服。
有關(guān)第二個(gè)問題，我在華大基因也找到了答案。
說到基因，我是的的確確的門外漢。但也知道圍繞基因研究存在的巨大爭論。有人說人類翻開基因這本原來只有上帝才能閱讀的“天書”時(shí)，誰有權(quán)擁有能洞悉個(gè)體生命的基因信息？有人將其稱為困擾人類社會的新斯芬克司之謎。但這也從另外一面說明了基因研究所帶來的成就。
華大基因高性能計(jì)算研發(fā)主管王丙強(qiáng)博士
在華大基因展廳，可以看到很多與基因研究相關(guān)的成果，從分子選育石斑魚——青龍斑，到小米，我們看到這些石斑魚不僅體積碩大，據(jù)說肉質(zhì)鮮美;小米則高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。這都是依托基因組學(xué)的生物分子育種成果。在生物醫(yī)藥、健康等領(lǐng)域，基因研究都有著光明的前景。
分子選育石斑魚
3歲半榕樹（右）和輕木（左）對比，對輕木正在展開基因方面的相關(guān)研究
有關(guān)基因爭論不做評述。我關(guān)心地是，基因研究和超級計(jì)算能力之間的關(guān)系。
在華大基因，我采訪了華大基因高性能計(jì)算研發(fā)主管王丙強(qiáng)博士和華大基因健康云運(yùn)營總監(jiān)官鑫先生。
談到基因?qū)τ诔売?jì)算的需求，王丙強(qiáng)表示主要有三個(gè)維度，一個(gè)是數(shù)量的增加，從人類基因組計(jì)劃，到千人基因組計(jì)劃，數(shù)量的增加導(dǎo)致對計(jì)算量的不斷需求。與此形成鮮明對照的是測序成本的大幅度降低。
“以前做1M的基因序列測序，2001年大概需要6000美元，現(xiàn)在大概只要10個(gè)美分，降幅超過一萬倍，這也為商用創(chuàng)造了條件?！?王丙強(qiáng)說。
針對同一個(gè)人，按照不同時(shí)間段，搜集樣本進(jìn)行分析，其計(jì)算量是非常大的。因?yàn)閮H基因數(shù)據(jù)已經(jīng)是指數(shù)增長了，加上時(shí)間維度，其計(jì)算量更是大幅度增長。
另外一個(gè)與超級計(jì)算機(jī)計(jì)算能力相關(guān)的技術(shù)對基因未知因素的探索。對此，王丙強(qiáng)表示：如今容易做的都做了，有些基因功能是比較容易鑒別出來的，以樹種為例，有些樹長得粗壯一點(diǎn)，有的長得快一點(diǎn)，很容易把相關(guān)基因找出來。但有些是比較復(fù)雜的，而有些是有關(guān)聯(lián)，要這個(gè)搞清楚至少就需要更多的計(jì)算量。“剩下的都是不容易做的事情?！蓖醣麖?qiáng)說。
據(jù)介紹，我們?nèi)擞写蟾?萬億個(gè)細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞有23對染色體，染色體包含DNA，由ATCG不同堿基序列構(gòu)成，數(shù)量大概有30億。生命密碼就包含在這些序列中。從研究進(jìn)展看，已經(jīng)掌握的編碼(基因)有數(shù)萬個(gè)，且有更復(fù)雜的非編碼區(qū)域等待探索，這需要更加大量的計(jì)算。
“有很多應(yīng)用，用一臺計(jì)算機(jī)算1～2年也可以算出來;但另外一些問題，就不能在有效時(shí)間內(nèi)完成，例如某些分析需要4～5年，這就是超出了這一代測序技術(shù)的有效期，就沒有意義了?！?王丙強(qiáng)說。
“在臨床上，也需要更強(qiáng)大的計(jì)算能力，花幾十個(gè)小時(shí)才能把數(shù)據(jù)分析完，這在很多情況下大家接受不了，特別一些非常緊急情況下，要求迅速得到結(jié)果，這都需要強(qiáng)大計(jì)算能力作為保障?！?官鑫說。