陈根：2021图灵奖背后，超算正在改变世界( 二 ) 文/陈根20世纪70年代末

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计算是数字时代的引擎
1970年， Intel4004处理器每秒可以处理92000条指令，而现在，人们的普通手机就可以达到每秒处理10亿条指令，电脑也越来越强大，能够存储越并处理这些庞大的数据。但这对于处理更加庞大的数据来说还是远远不够的，而基于高性能计算，却能够远超传统计算机的计算速度。
根据ACM主席GabrieleKotsis的解释，今天最快的超级计算机在一秒钟内进行四百万亿次计算，这令人难以置信。而除了打破新记录以外，高性能计算还一直是科学发现的一个主要工具。
实际上，人类文明的发展从来都离不开计算力的进步。在原始人类有了思考后，才产生了最初的计算。从部落社会的结绳计算到农业社会的算盘计算，再到工业时代的计算机计算。
计算机计算也经历了从上世纪20年代的继电器式计算机，到40年代的电子管计算机，再到60年代的二极管、三极管、晶体管的计算机，其中，晶体管计算机的计算速度可以达到每秒几十万次。集成电路的出现，令计算速度实现了80年代，几百万次几千万次，到现在的几十亿、几百亿、几千亿次。
人体生物研究显示，人的大脑里面有六张脑皮，六张脑皮中神经联系形成了一个几何级数，人脑的神经突触是每秒跳动200次，而大脑神经跳动每秒达到14亿亿次，这也让14亿亿次成为计算机、人工智能超过人脑的拐点。可见，人类智慧的进步和人类创造的计算工具的速度有关。
从这个意义来讲，算力是人类智慧的核心。当我们把计算用以解决实际问题时，算力便改变了现有的生产方式，增强了存在者的决策能力和信息筛选能力。
比如，寻找MH370航班残骸中，大量的卫星雷达将集中对准南印度洋，当这些高科技眼睛采集到信息后，一个必经的环节是雷达数据处理，担当这一环节的角色即是超级计算机。清华大学地球系统科学研究中心副教授黄小猛认为“只要有足够精确的相关数据，超算就能找到失事飞机” 。
此外，在环境监测放面，超级计算可以帮助进行污染物扩散的模拟。通过超算模拟，可以根据目前污染物的情况，计算出未来一段时间的大气污染物浓度和分布，进行空气质量预报。从预报结果还可以计算出哪些污染源影响贡最大，了解污染的来龙去脉，为污染防控提供决策指导。
医疗领域，模拟血流、模拟心脏、模拟人体任何一个部分，都离不开超级计算机。美国科学家曾利用世界前十的超级计算机，选取一名真人扫描其血管系统，通过3D建模技术建立动脉系统模型，成功地再现了整个人体的动脉系统。任何直径或宽度在1毫米以上的动脉血管都会出现在模型中，而且模型的分辨率达到了9微米。
比如，对一个可能发生脑梗塞病人，医院难以判断是否要进行支架手术，一般都会通过从大腿动脉处放进测压导丝进行测量，但这种方式既危险又痛苦。而如果在超级计算机的帮助下，经过模拟计算，只要血流储备分数如果小于0.8 ，就可以进行手术。也就是说，只要运算核够多、速度够快，医疗工作者的诊断和治疗水平将大大提升，而科学的治疗手段更容易让患者接受。
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推动人工智能的发展
高性能计算的创新还溢出了许多不同的计算领域，推动了算力时代的发展，尤其是在人工智能方面。