AI浪潮席卷科研領域，華為智算實驗室解決方案應運而生，利用在AI、高性能計算等領域的優勢，加速科研成果轉化，助力國家實驗室體系突破瓶頸，引領科研創新邁向新時代。
在科研領域，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，承擔著引領科技創新、突破關鍵技術以及支撐國家重大戰略任務的重任。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。
首先，隨著科研項目的復雜化和精細化，算力需求激增成為制約科研進展的關鍵因素。科研工作對算力的需求呈指數級增長。傳統計算資源難以滿足大規模科學計算、數據分析和模型訓練的需求，科研進程因此受阻。
其次，科研數據管理復雜且安全性要求高。科研過程中產生的大量數據需要進行高效、安全地存儲、處理和分析。然而，當前許多實驗室科研數據不能有效共享和協同利用，其數據管理呈現碎片化、分散化。同時，科研數據涉及國家安全和知識產權，安全性要求極高，任何數據泄露都可能帶來嚴重后果。
第三，科研園區管理難。在科研與實驗室領域，往往存在多研發中心且布局分散、人員數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，科研協同與創新不足也是當前我國實驗室體系面臨的挑戰之一。隨著科研項目的跨學科性和合作性日益增強，科研協同與創新成為提升科研水平的關鍵。然而，當前許多實驗室在科研協同方面機制不健全、溝通不暢，難以充分發揮團隊智慧和集體力量。
三大平臺，助力創新
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，通過先進的技術和深厚的研發實力，為科研領域注入全新的動力。在華為全聯接大會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、智能聯接、智能中樞等全棧自主創新產品和平臺，構建科研計算、科研服務、實驗室科研園區三大科研平臺能力，加速科研成果轉化和應用，助力科研創新高質量發展。
華為公共事業軍團副總裁孫鵬飛發布智算實驗室解決方案
1、科研計算
科學計算平臺具備全棧科研計算調度能力，適配科研套件和實驗室業務軟件，打造實驗室開放創新計算平臺，解決多元異構計算調度難題。同時，通過引入AI技術，提升計算效率并保障科研連續性，適配生命科學和信息科學等多個領域的科研生態，打造了科學研究新范式。
面向科研計算場景，華為提供全棧創新的鯤鵬高性能計算方案，助力客戶開展多學科交叉研究，該方案涵蓋硬件、基礎軟件、調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、網絡等硬件。在軟件層面，華為通過提供數學庫、通信庫、編譯器、管理調度軟件等基礎軟件，為客戶構建自主、完整的高性能計算基礎軟件棧。面向應用，華為秉持開放的態度，與各科研領域的專家共同開展面向生命科學、信息科學、氣象海洋、新材料等重點領域的學科交叉研究與合作。在生命科學領域，華為已跟主流生信社區合作，實現4000多款應用原生支持鯤鵬。
傳統科學計算研究面臨很多難以求解的問題，比如藥物和材料設計、湍流等，究其根源主要是計算的“維數災難”，即隨著自由度的增多，問題的復雜度往往呈現指數級的增長。華為昇思MindSpore專為AI計算設計，通過神經網絡模擬的非線性擬合，幫助科學家求解高維方程，進而提升科技創新的效率。
當前，在科研計算平臺上，華為昇思已在多個科學領域有所突破。比如電磁仿真領域，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，華為與商飛聯合，開發面向大型客機翼型流場的高效高精度的AI仿真預測模型，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，為飛機氣動設計提供有價值的參考，通過AI預測的流場平均誤差降低到10^-4 量級，仿真預測效率提升數十倍。
圖1 華為智算實驗室解決方案
2、科研服務
科研服務平臺能夠將數據源轉化為有價值的數據資產，并進一步開發和提升數據處理、分析和應用的能力，最終將這些能力轉化為具體的有價值的服務，比如數據分析報告、輔助決策系統、科技信息展示等，從而構建起一套科學大數據體系。
科研服務平臺基于一體化云架構，提供數據庫、數據倉、數據湖、數據治理等產品及工具，實現跨域多DC數據全局可視、可管、可用，使科研存數、治數、用數的體驗變得簡單、高效、便捷，并保障數據的采集、存儲、治理、計算加工、共享交換、交易流通等全過程安全可控，進而保障科技數據全生命周期的安全，做到可信、可追溯、可控。
憑借華為30年研發實踐、研發理念以及先進的研發工具，科研服務平臺還能提供一站式、全流程、安全可信的軟件開發生產線，該生產線可以提供完全自主創新的開發工具鏈，覆蓋軟件交付全生命周期的各個環節。在開發方面，支持20多種主流編程語言，可支持百萬級代碼大模型，內置4000多個代碼檢查規則，從而實現智能化研發，編程效率提升20%。在測試方面，測試環境支持按需編排和千萬TPS性能測試。
科研服務平臺還提供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，服務科研全流程的工具產品。該產品可運用于從課題探索、科研立項開始，到科研數據收集和建立基于科研數據的方法論，再到產出科研成果的整個流程。在幫助科研人員及團隊高效實現科研目標的同時，它還能不斷完善數據庫、沉淀有效的科研數據。
3、實驗室科研園區
實驗室科研園區采用HiSec方案，通過防火墻、IP、光網等產品組合，滿足客戶等保三級、科研園區多分支安全上網、分支總部安全互聯等需求。科研園區網絡采用萬兆高品質mGE wifi7方案，實現了科研園區高密接入場景的有效管理。多園區業務隨行方案，能夠確保一總部多分支科研園區網絡服務的體驗一致性，從而提升對接效率并降低集成成本。
對客戶來說，實驗室科研園區通過網絡安全管理、業務隨行、科研儀器管理等“組合拳”，有效助力園區數字化轉型。首先，基于園區通用方案的智能安防、便捷通行，不僅能實現人員精準管理，區域權限實名化，訪客進出實時管理，而且可以通過安防監測實現二次校對和監管，發現異常及時智能告警。其次，全網資產安全態勢感知能夠整體把握并改善安全狀況；貼近客戶業務，更快更準檢測已知、未知安全威脅；自動化響應安全威脅事件，做到快速取證和止損，恢復業務。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，實現業務隨行。科研儀器管理通過IoT平臺軟件、統一運維等，實現各類園區設備的數據集成和設備控制，提升資產可視管理和使用效率，降低維護成本。
4、實驗室場景數字化咨詢
除了以上介紹的科研計算、科研服務、實驗室科研園區三大平臺之外，華為還依托IPD研發實踐經驗，打造實驗室場景數字化咨詢服務，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同與創新能力。該咨詢服務能夠在組織原則、技術規劃流程體系、科研開發流程體系、IT建設與管理等各個方面，為實驗室客戶提供行業最佳實踐、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、人才培養不成體系等問題，幫助客戶解決內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。IT治理輕咨詢則針對客戶信息化系統建設隨意，廠商選擇隨意等問題，幫助客戶規劃統一的科研IT平臺建設藍圖，打造一套統一的科研IT平臺、管理體系和流程。
自主創新，價值基石
華為智算實驗室方案秉持全棧自主創新理念，從芯片到操作系統，從應用到服務，均實現自主創新，不僅提升了產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、創新的解決方案，華為智算實驗室為客戶帶來如下關鍵價值：
· 加速科技創新進程：
全棧自主創新，解決了多元異構算力調度難題，提升計算效率，保障科研連續性；AI4S（AI for Science）通過非線性擬合方式，幫助科學家解決高維方程求解難題，大模型為科研創新帶來新范式。
· 提升科研服務效能：
打通多業務數據，實現科研數據的分級管理、安全流轉和全域數據流動；通過實驗室流程管理應用，提高科研項目管理效率。
· 助力科研園區數字化轉型：
通過構建業務隨行、網絡安全管理以及實驗儀器科學管理等能力，提升科研辦公效率。
· 提升科研協同與創新能力：
打通內外部科研流程，加強高端人才的吸引和培養；打造統一科研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新進程，提升科研服務效能，助力科研園區數字化轉型，提升科研協同與創新能力，最終助力客戶在信息科學、生命科學、氣象、醫療、工業等領域實現AI大模型的應用實踐，推動行業智能化升級。
春華秋實，未來可期
目前，華為該方案已服務20多個國家實驗室、省實驗室等各類實驗室的建設。特別是在生命科學、信息科學領域，華為通過持續的能力構建，為新質生產力發展蓄勢賦能。
在生命科學領域，華為構建了三個能力：適配并遷移3200多款主流科研計算軟件；聯合伙伴打造實驗室Lims系統，支撐實驗室、人、機、料、法、環全要素智能化管理；端到端全棧技術集成，保障生信實驗室系統可靠、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應用平臺，加速科研成果轉化效率，助力科研創新高質量發展。在自主創新方面，算力、存儲與自研高速網絡組合，構建完善的硬件架構；歐拉操作系統、MPI等則構建起基礎軟件和應用優化能力。在應用生態方面，聯合伙伴，通過眾智計劃、鯤鵬展翅基金、科研創新計劃等從源頭使能BiOCONDA、Bioconductor社區，讓生命科學應用在上游社區支持鯤鵬。
在信息科學領域，華為也實現了三個能力：完成書生、鵬城等多個伙伴大模型AI模型適配開發，實現主流大模型適配；集成行業頭部伙伴，實現客戶現網大模型開發工具適配，增強AI大模型，使能客戶競爭力；聯合伙伴，補充多瑙調度能力，增強混合調度能力，實現異構算力融合調度。在鵬城實驗室，華為助力客戶構建全棧自主創新的大模型訓練和應用平臺，突破了大規模組網、高性能軟件棧、大規模并行訓練等關鍵技術，構筑了安全可信的AI軟硬件生態系統，支持科研人員依托“鵬城云腦”大科學裝置開展科學前沿研究，促進重大成果的產出。
此外，華為助力北京、上海、武漢、西安等20多個城市建設人工智能計算中心，將全國節點連成一張網，打造人工智能算力網絡，形成算力匯聚、數據匯聚和生態匯聚，通過構建領先的昇騰AI算力平臺，將業界主流、本地創新的大模型與產業場景充分銜接對接，使AI算力集群賦能產業集群，打通“政產學研用”，賦能數字經濟與高質量發展。
隨著科研智能化時代的不斷深入發展，華為智算實驗室方案將在我國實驗室體系建設中發揮更加重要的作用。一方面，隨著技術的不斷進步和創新，華為將持續優化和完善智算實驗室方案，提升產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用領域和場景，支持更多領域和行業的科研創新工作。
同時，華為正在從以工程和技術創新為特征的創新1.0向以基礎理論突破和基礎技術發明為特征的創新2.0轉變。華為將圍繞基礎科學和前沿技術進行突破性研究，推動產學研創新協同，共創共建，為科研智能化持續注入新動力。
未來，華為期待與客戶和伙伴進一步加深合作，共同構建更加智能、高效、低碳的科研基礎設施，助力國家科技自立自強，創造更加美好的未來。
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