钱德沛院士：HPC与AI融合将重塑计算科学与社会发展格局

钱德沛院士：HPC与AI融合将重塑计算科学与社会发展格局

近日，在高性能计算与人工智能协同创新国际论坛（HACI）上，中国科学院院士、北京航空航天大学教授钱德沛发表重要演讲，深入阐述了高性能计算（HPC）与人工智能（AI）的融合趋势及其深远影响。钱德沛院士指出，HPC与AI的融合将形成三个关键层次：赋能AI（For AI）、借力AI（By AI）和融合AI（Being AI）。这种融合不仅将重塑计算科学和IT产业，还将深刻改变人类社会的发展格局。

在“赋能AI”阶段，HPC的主要作用是为AI提供强大的计算资源，以支持AI研究和应用的快速发展。随着AI模型的复杂度和数据规模的不断增长，对计算能力的需求也日益增加。HPC通过其高性能处理器、大容量存储设备和高速网络连接，能够高效处理海量数据和复杂计算任务，显著提升AI模型的训练速度和性能。

例如，在AI大模型的训练过程中，HPC的优势尤为突出。现代AI大模型通常包含数亿甚至数万亿个参数，需要巨大的算力来处理复杂的算法和大规模的数据集。HPC提供的高密度计算能力使得AI模型可以在更短的时间内完成训练和推理过程。此外，HPC还推动了AI算法的创新，研究人员能够探索更深层次的神经网络架构，开发出更加精确和高效的AI算法。

在“借力AI”阶段，HPC开始利用AI技术来优化自身的性能和效率。通过AI手段，HPC系统可以实现更智能、高效和节能的运行。例如，AI技术可以用于优化计算任务的调度和资源分配，通过智能算法预测和调整系统负载，提高整体计算效率。此外，AI还可以用于硬件设计的自动化，如使用大模型方法进行处理器设计的研究，进一步提升硬件性能。

一个典型的例子是CERN的大型强子对撞机（LHC）项目。该项目利用HPC进行粒子碰撞模拟，并通过AI分析结果来加速新物理现象的发现过程。研究人员使用机器学习技术来提高数据采集系统的效率，通过智能算法过滤和处理海量实验数据，从而更快地识别出有意义的物理事件。这种AI与HPC的协同工作模式，不仅提高了数据处理速度，还显著提升了科学研究的效率和准确性。

在“融合AI”阶段，AI技术将成为计算系统的核心和灵魂。未来的计算系统将内置原生的AI引擎和智能服务，构建起完整的AI应用生态系统。这种深度融合将促使我们重新思考计算的本质，推动计算科学的革命性进展。

钱德沛院士指出，随着AI与HPC的互动加深，AI将对超算的设计和发展产生深远影响。例如，在体系结构方面，未来的超算系统可能会更多地考虑AI算法的特点，设计出更适合AI计算的硬件架构。在加速硬件方面，可能会出现更多针对AI优化的专用加速器。在软件算法方面，AI技术将被广泛应用于优化计算任务的执行效率和资源利用率。

这种融合趋势已经在一些前沿研究中初现端倪。例如，一些新型的计算系统已经开始探索存算一体化架构，将存储与计算功能融合在一起，以降低数据传输延迟和能耗。这种架构特别适合AI计算的特点，因为AI模型通常需要频繁访问大量数据。此外，边缘计算与AI的结合也在快速发展，通过在网络边缘进行数据处理，实现低延迟响应和隐私保护，适用于自动驾驶、智能制造等场景。

HPC与AI的深度融合将对计算科学、IT产业乃至整个社会产生深远影响。从科学发现的角度来看，这种融合将开启“AI for Science”的新时代。传统的科学研究往往依赖于数学模型驱动，而现在可以通过深度学习和大模型等AI方法来解决传统问题，加速科学发现的进程。

在IT产业方面，这种融合将推动计算产业生态的变革。随着大语言模型等AI应用的快速发展，对算力基础设施的需求也在不断变化。这不仅要求超算系统具备更强的算力，还需要更智能的资源管理和调度能力。同时，这种融合还可能影响国家层面的算力发展规划和策略，促使各国重新思考和布局未来的算力基础设施。

从社会发展的角度来看，HPC与AI的融合将为各行各业带来前所未有的机遇。在医疗领域，结合AI算法和HPC能力可以更准确地模拟天气变化，为灾害预警和应对提供更可靠的依据。在金融领域，通过处理海量的金融交易数据，利用AI和HPC可以及时发现潜在的风险模式，为金融机构做出决策提供支持。在药物研发领域，借助HPC进行大规模的分子模拟和筛选，再利用AI预测药物的效果和副作用，大大缩短研发周期。

展望未来，HPC与AI的融合将继续推动技术创新和突破。随着技术的不断发展，我们可以期待看到更高效的算法、更强大的计算硬件以及更完善的技术生态系统。这些进展将进一步释放HPC与AI融合的潜力，为解决全球性的重大问题贡献力量。

然而，这种融合也面临着一些挑战。例如，技术复杂性、成本高昂、数据隐私和安全等问题都需要得到妥善解决。此外，如何在融合过程中保持技术的可持续发展，避免过度依赖单一技术路径，也是需要关注的重要问题。

钱德沛院士强调，HPC与AI的融合是一个多层次、综合性的技术体系，涉及硬件、软件和应用等多个层面。这种融合不仅需要跨学科的努力，还需要计算机科学家、数学家和领域专家的紧密合作。只有通过多方协作，才能充分发挥HPC与AI融合的潜力，推动科学技术的持续进步。

总之，HPC与AI的融合是当前技术发展的重要趋势，它将为我们开启一扇通往无限可能的大门。随着融合的不断深入，我们有理由相信，这种结合将为人类创造更美好的未来，推动社会进入一个全新的智能计算时代。