近年來，伴隨著數(shù)據(jù)科學(xué)的迅猛發(fā)展，“大數(shù)據(jù)”似乎一夜之間融入到各行各業(yè)，并滲透進人們的生活，對于一向吸引著人類探索和求知目光的海洋來說，亦不例外。大數(shù)據(jù)甚至與人工智能、超算一起被譽為帶動海洋科學(xué)發(fā)展的“新三駕馬車”。

　　在新的時代背景下，如何獲取、管理和用好海洋大數(shù)據(jù)，發(fā)揮其在智慧海洋建設(shè)中的靈魂作用，如何實現(xiàn)海洋大數(shù)據(jù)科學(xué)與人工智能的交叉融合，讓人類的智慧之光持續(xù)閃耀在深海大洋，已成為當(dāng)今海洋學(xué)界繞不開的重要話題。

魏志強教授（右一）在指導(dǎo)學(xué)生

　　大數(shù)據(jù)，開啟海洋智聯(lián)網(wǎng)時代

　　近日，國家發(fā)展和改革委員會完成了2018年度國家地方聯(lián)合工程研究中心擬確定名單的公示。由中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院院長、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點國家實驗室（以下簡稱“海洋試點國家實驗室”）高性能科學(xué)計算與系統(tǒng)仿真平臺主任、山東現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)智庫專家魏志強教授領(lǐng)銜申報的“海洋大數(shù)據(jù)國家地方聯(lián)合工程研究中心”在列。作為中國海洋大學(xué)首個國家地方聯(lián)合工程研究中心，此中心的設(shè)立對于推動青島海洋科技創(chuàng)新能力建設(shè)，特別是以海洋大數(shù)據(jù)為核心的智慧海洋建設(shè)無疑是重大利好消息。

　　何為智慧海洋？在魏志強看來，就是把新一代信息技術(shù)融合到海洋領(lǐng)域。大數(shù)據(jù)、超算和人工智能作為新一代信息技術(shù)的典型代表，自然而然成為了智慧海洋建設(shè)的核心支撐。“三者中，海洋大數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，也是智慧海洋建設(shè)的靈魂。”魏志強說。聚焦海洋領(lǐng)域的數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，他簡潔地歸納為三大板塊：“大數(shù)據(jù)怎么來”“大數(shù)據(jù)怎么放”“大數(shù)據(jù)怎么用”，即海洋大數(shù)據(jù)的獲取、存儲和應(yīng)用。

　　近年來，伴隨著海洋觀測技術(shù)的進步與發(fā)展，圍繞海洋大數(shù)據(jù)的獲取，我國已基本形成了“空天地海”多元立體化的采集系統(tǒng)，但距離智慧海洋建設(shè)所需求的數(shù)據(jù)采集體系還有許多亟待提升和優(yōu)化的空間。

　　在深海大洋進行數(shù)據(jù)采集，傳感器是必不可少的裝置，而目前我國海洋科研領(lǐng)域使用的高端傳感器90%以上皆源自進口，這一領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和核心設(shè)備還掌握在少數(shù)發(fā)達國家手中。“這對我們的海洋科研來說是‘卡脖子’的關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)海洋強國必須要突破這一點。”魏志強說。此外，深遠海、南北極等極端或惡劣環(huán)境下的大數(shù)據(jù)獲取，也迫切需要有高質(zhì)量、高分辨率的傳感器來完成監(jiān)測和傳輸工作。

　　圍繞海洋觀測、探測和大數(shù)據(jù)獲取，早在2014年，中國科學(xué)院院士、中國海洋大學(xué)副校長、海洋試點國家實驗室主任吳立新便提出了“透明海洋”大科學(xué)計劃：即圍繞我國海洋環(huán)境綜合感知與認(rèn)知、資源開發(fā)與權(quán)益維護等國家重大需求，以“海洋物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)為核心，面向全球海洋及重點海區(qū)的海洋環(huán)境與目標(biāo)信息感知，實施“海洋星簇”“海氣界面”“深海星空”“海底透視”和“深藍大腦”五大計劃，提升我國在海洋環(huán)境觀測預(yù)測、海洋權(quán)益維護等方面的科研能力和水平，支撐海洋強國建設(shè)。“科學(xué)家在實驗室就能知道全球海洋正在發(fā)生的事情以及未來將要發(fā)生的事情，如海洋的溫度變化、水聲通道的變化、魚群的變化等，并能做出預(yù)測，國家海洋利益拓展到哪里，‘透明海洋’工程就建設(shè)到哪里。”吳立新如此描繪“透明海洋”大科學(xué)計劃的美好藍圖。

　　4年多來，在這一“上天下海駐底”的五大計劃驅(qū)動之下，“透明海洋”在海洋觀測領(lǐng)域，尤其是海洋大數(shù)據(jù)獲取方面頗有建樹，并逐漸朝著“看得清、查得明、報得準(zhǔn)”的目標(biāo)邁進。初步構(gòu)建了世界上最大規(guī)模的區(qū)域海洋潛標(biāo)觀測網(wǎng)——“兩洋一海”潛標(biāo)觀測網(wǎng)，突破了潛標(biāo)實時傳輸這一全球性難題，首次實現(xiàn)深海數(shù)據(jù)長周期穩(wěn)定實時傳輸并共享應(yīng)用；“白龍”浮標(biāo)成功布放印度洋，數(shù)據(jù)上傳GTS實現(xiàn)全球?qū)崟r共享；國內(nèi)最大規(guī)模海洋智能裝備立體組網(wǎng)觀測在南海成功進行；高分辨率“兩洋一海”海洋-大氣耦合預(yù)報系統(tǒng)研制成功，并進入常態(tài)化預(yù)報。

　　在海洋觀測和大數(shù)據(jù)獲取方面，如何充分考慮海洋大數(shù)據(jù)的“時空耦合”“地理關(guān)聯(lián)”等特性，實現(xiàn)空、天、地、海等不同運載平臺之間的協(xié)同觀測，從“單點”走向“組網(wǎng)”？在魏志強看來，破解這一“瓶頸”的關(guān)鍵正是“透明海洋”大科學(xué)計劃中提到的“海洋智能物聯(lián)網(wǎng)”，即人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)與海洋物聯(lián)網(wǎng)的深度融合，此舉也將為未來海洋大數(shù)據(jù)的獲取提供強有力的支撐。

魏志強教授（前排中）與團隊部分成員合影

　　超算互聯(lián)網(wǎng)，打造經(jīng)略海洋新高地

　　“通過海洋觀測和探測獲得的大數(shù)據(jù)，好比是產(chǎn)品加工的‘原材料’，我們不僅要有存儲‘原材料’的‘倉庫’，還要有科學(xué)合理的制度體系把‘原材料’管理好，做到安全、可控、高效；緊隨其后的是‘原材料’的加工環(huán)節(jié)，加工首先要有‘設(shè)備’，其次要有‘工藝’。”魏志強用如此生動的比喻來描述海洋大數(shù)據(jù)的存儲、管理、分析和加工。在魏志強看來，海洋大數(shù)據(jù)的加工處理主要取決于“軟”“硬”兩個方面，“軟”是指“算法”即數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)；“硬”是指裝備，即超級計算機，兩者之和便是大家耳熟能詳?shù)?ldquo;超算”。

　　2018年10月18日-20日，由中國計算機學(xué)會主辦，中國計算機學(xué)會高性能計算專業(yè)委員會、海洋試點國家實驗室、中國海洋大學(xué)和國家超級計算濟南中心共同承辦的第十四屆全國高性能計算學(xué)術(shù)年會在青島舉行。來自海洋和信息技術(shù)領(lǐng)域的多位專家學(xué)者，圍繞超算與智慧未來、透明海洋、深藍大腦、國產(chǎn)E級、海洋量子等7個版塊進行了深入探討，為“超算”與海洋科研深度融合把脈開方。“以超算平臺、超算互聯(lián)網(wǎng)體系為代表的重大裝備類平臺是開展全球氣候研究、能源礦產(chǎn)勘探、生物醫(yī)藥研發(fā)、人工智能支撐等必不可少的大科學(xué)裝置，是科研工作亟需且對未來取得顛覆性創(chuàng)新成果至關(guān)重要的平臺，是建設(shè)世界科技強國的國之重器。”大會主席吳立新所作的《從智慧海洋到智慧未來》的主題報告不斷激發(fā)大家共鳴，贏得陣陣掌聲。

　　擁有海洋大數(shù)據(jù)可以更好地認(rèn)識海洋，掌控大數(shù)據(jù)才能更好地經(jīng)略海洋，超算便是掌控海洋大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。在世界范圍內(nèi)，可以說海洋科研與超算相伴而生，且有歷代超算皆率先應(yīng)用于以海洋為核心的地球科學(xué)的先例。為了實現(xiàn)海洋大數(shù)據(jù)處理更快、更準(zhǔn)、更精的目標(biāo)，魏志強和他的團隊一直在努力。

　　海洋試點國家實驗室擁有目前全球海洋科研領(lǐng)域運算速度最快的P級超級計算機，每秒運算速度最快可達2.6千萬億次，并構(gòu)建了目前全球速度最快的百G超寬網(wǎng)絡(luò)、百公里毫秒級超低延時超算互聯(lián)網(wǎng)。魏志強結(jié)合中國海洋大學(xué)與海洋試點國家實驗室“你中有我、我中有你”耦合發(fā)展的特點，把中國海洋大學(xué)優(yōu)秀的信息化人才隊伍與海洋試點國家實驗室的高起點平臺有機融合，聚焦海洋大數(shù)據(jù)分析處理，持續(xù)進行協(xié)同創(chuàng)新。“我們把海洋試點國家實驗室超算中心、國家超算濟南中心、國家超算無錫中心三個中心的超算大科學(xué)人工智能和大數(shù)據(jù)公共支撐平臺裝置統(tǒng)一互聯(lián)起來，構(gòu)建形成了一套超算大科學(xué)裝置群。”魏志強說。在這一超算互聯(lián)網(wǎng)體系中，神威E級原型機、神威太湖之光、神威藍光、浪潮千萬億次超級計算機共同服務(wù)于海量、多源、異構(gòu)的海洋大數(shù)據(jù)分析處理，助力海洋強國建設(shè)。

　　當(dāng)今世界，信息技術(shù)革命日新月異。面對你追我趕的信息化競爭環(huán)境，惟有搶抓機遇、持續(xù)創(chuàng)新才能勇立潮頭，超算領(lǐng)域亦不例外。

　　“超級計算能力已經(jīng)成為國家和地方科技創(chuàng)新能力的重要標(biāo)志之一。”在第十四屆全國高性能計算學(xué)術(shù)年會上吳立新如是說。如今，這句話已經(jīng)越來越成為科技界的共識。

　　相對于當(dāng)下的Ｐ級超算，Ｅ級超算是指每秒可進行百億億次數(shù)學(xué)運算的超級計算機，被公認(rèn)為是“世界超級計算機界的下一頂皇冠”。當(dāng)下，中國、美國、日本等國均提出了百億億次計算機研制計劃，令人欣喜的是，我國研制的百億億次超級計算機“神威”E級原型機已于2018年8月5日在國家超算濟南中心亮相，人類邁進E級超算時代近在咫尺。“其服務(wù)于海洋領(lǐng)域，進一步推動我們國家在超算領(lǐng)域的發(fā)展，為經(jīng)略海洋打造新的高地，進而走向更加智慧的未來，也指日可待。”魏志強說。

圖為2018年10月18日，中國海洋大學(xué)與浪潮集團有限公司簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，共建智慧計算聯(lián)合實驗室，圖為浪潮集團執(zhí)行總裁、中國工程院院士王恩東（右二）和中國海洋大學(xué)副校長、中國科學(xué)院院士吳立新（左二）等為實驗室揭牌

　　深藍大腦，篤定強國的藍色信念

　　2018年6月12日，對于中國海洋學(xué)界來說是值得銘記的一天，也是令廣大海洋人激動的一天。這一天，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習(xí)近平來到了海洋試點國家實驗室，在這里他重申了建設(shè)海洋強國的信念。

　　“在超算仿真大廳，習(xí)近平認(rèn)真察看高性能科學(xué)計算和系統(tǒng)仿真平臺運行情況，并向科研人員詳細(xì)詢問構(gòu)建超級計算機互聯(lián)網(wǎng)、研發(fā)人工智能和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)‘深藍大腦’、打造國家一流海洋系統(tǒng)模擬器的最新進展。得知超級計算機解決了海洋數(shù)據(jù)‘碎片化’問題，大大提高了海洋觀測和預(yù)測能力，總書記十分高興。”每當(dāng)看見或聽見新聞中提及這段話，魏志強總是心潮澎湃。

　　“深藍大腦”便是海洋試點國家實驗室高性能科學(xué)計算與系統(tǒng)仿真平臺重點打造的“全球海洋人工智能與大數(shù)據(jù)系統(tǒng)”。該系統(tǒng)涵蓋全球與區(qū)域海洋和氣候預(yù)測、海洋藥物智能篩選、海底戰(zhàn)略性能源智能勘探、海洋生態(tài)系統(tǒng)演變預(yù)測、海洋大數(shù)據(jù)智能分析等眾多領(lǐng)域，致力于更準(zhǔn)確、更精細(xì)、更高效地為海洋科技創(chuàng)新服務(wù)。

　　2018年7月3日，在青島舉行的“2018年全球海洋院所領(lǐng)導(dǎo)人會議”上傳來令世界海洋藥物學(xué)界振奮的消息。中國工程院院士、青島海洋生物醫(yī)藥研究院院長、海洋試點國家實驗室學(xué)術(shù)委員會主任管華詩發(fā)布了全球首個海洋天然產(chǎn)物三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫。“打造‘藍色藥庫’是人類的共同事業(yè)，海洋的所有問題都是國際問題，需要國際社會共同參與。我們開放數(shù)據(jù)庫，希望為人類的健康事業(yè)造福。”管華詩從構(gòu)建人類命運共同體的視角解讀這一創(chuàng)新舉措的非凡意義。

　　海洋天然產(chǎn)物三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫由海洋試點國家實驗室、青島海洋生物醫(yī)藥研究院和中國海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院等多家單位聯(lián)合開發(fā)完成，該數(shù)據(jù)庫容納了30117個海洋天然產(chǎn)物的準(zhǔn)確三維結(jié)構(gòu)，可直接用于虛擬篩選與智能藥物設(shè)計，大大提升了海洋藥物的研發(fā)效率。據(jù)魏志強介紹，藥物研發(fā)過程相當(dāng)復(fù)雜，從藥物先導(dǎo)化合物分子的篩選到先導(dǎo)化合物分子與腫瘤疾病靶點的對接，通常一款傳統(tǒng)新藥的開發(fā)大約需要10到15年，成本約10-15億美元。但是利用超算平臺可以將研發(fā)成本和周期縮短三分之一。“這是新藥篩選平臺和超算平臺交叉融合的生動體現(xiàn)，也是藥物研發(fā)設(shè)計與海洋大數(shù)據(jù)平臺和信息技術(shù)學(xué)科交叉的重大成果。”魏志強表示。

　　目前，借助該數(shù)據(jù)庫，管華詩團隊已經(jīng)完成170余個美國FDA批準(zhǔn)的腫瘤藥物靶點對海洋化合物數(shù)據(jù)庫的精確篩選，發(fā)現(xiàn)1000余個具有開發(fā)前景的抗腫瘤藥物苗頭分子，經(jīng)過有機合成、生物實測、藥理藥效分析和臨床前試驗，發(fā)現(xiàn)了諸多可開發(fā)為海洋藥物的先導(dǎo)化合物。

　　當(dāng)下，魏志強正帶領(lǐng)他的團隊與中國海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院的楊金波教授團隊等攜手推進“智能超算藥物組學(xué)”計劃，矢志深藍，探尋資源，為海洋強國助力添彩，為人類發(fā)展造福。

　　近年來，隨著大數(shù)據(jù)的匯集、理論算法的革新和計算能力的跨越式提升，以及腦科學(xué)和人工智能技術(shù)的進一步發(fā)展，以類腦智能為代表的新一代人工智能技術(shù)逐漸綻放光芒。這也給以人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)打造的“深藍大腦”提供了躍升的機會。“未來的‘深藍大腦’將面向浩瀚海洋，實現(xiàn)從機器智能向類腦智能的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)從機器學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)再到自主學(xué)習(xí)的跨越，從而在信息處理機制上類腦、認(rèn)知行為和智能水平上類人，使機器擁有人類認(rèn)知能力及協(xié)同機制，實現(xiàn)對未來‘透明海洋’系統(tǒng)的智能自驅(qū)動、自發(fā)現(xiàn)和自演進。這是‘深藍大腦’進化的必由之路，也是海洋科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要途徑。”魏志強說。

　　科技創(chuàng)新的關(guān)鍵是人才培養(yǎng)。中國海洋大學(xué)作為一所以造就國家海洋事業(yè)的領(lǐng)軍人才和骨干力量為特殊使命的綜合性大學(xué)，面對建設(shè)“智慧海洋”的浪潮，自當(dāng)抓住機遇、乘勢而上。

　　2018年9月19日，中國海洋大學(xué)與山東易華錄信息技術(shù)有限公司簽署合作協(xié)議，中國海洋大學(xué)校長于志剛，中國華錄集團黨委副書記、副總經(jīng)理韓建國參加簽約儀式，并共同為“海洋科學(xué)大數(shù)據(jù)聯(lián)合實驗室”揭牌。2018年10月18日，中國海洋大學(xué)與浪潮集團有限公司簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，決定共建智慧計算聯(lián)合實驗室。浪潮集團執(zhí)行總裁、中國工程院院士王恩東和中國海洋大學(xué)副校長、中國科學(xué)院院士吳立新等為實驗室揭牌，兩位院士跨界攜手，使海洋科學(xué)與信息科學(xué)連接得更加緊密。2018年10月20日，著名量子信息學(xué)家、中國科學(xué)院院士郭光燦和中國海洋大學(xué)校長助理吳強明共同為海洋量子技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心揭牌……一系列創(chuàng)新型舉措，開啟了校企合作、協(xié)同培養(yǎng)智慧海洋人才的大幕。

　　“學(xué)校已于2018年向教育部申請增設(shè)‘智能科學(xué)與技術(shù)’專業(yè)，下一步我們還將布局‘數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)’‘微電子與集成電路’等專業(yè)，并著手把‘人工智能’變成通識課，服務(wù)于全校的人才培養(yǎng)。”在篤定“藍色信念”，建設(shè)智慧海洋的征途中，魏志強心中早已有了清晰的育人路線圖。