近年來，伴隨著數(shù)據(jù)科學的迅猛發(fā)展，“大數(shù)據(jù)”似乎一夜之間融入到各行各業(yè)。在海洋領域，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發(fā)展的“新三駕馬車”。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中的作用，如何實現(xiàn)海洋大數(shù)據(jù)科學與人工智能的交叉融合，已成為當今海洋學界關注的重要話題。

　　智能物聯(lián)網(wǎng) 提升大數(shù)據(jù)獲取能力

　　近日，在國家發(fā)改委2018年度國家地方聯(lián)合工程研究中心名單中，由中國海洋大學信息科學與工程學院院長、青島海洋科學與技術(shù)試點國家實驗室高性能科學計算與系統(tǒng)仿真平臺主任魏志強教授領銜申報的“海洋大數(shù)據(jù)國家地方聯(lián)合工程研究中心”榮列其中。作為中國海洋大學首個國家地方聯(lián)合工程研究中心，這將有力推動青島海洋科技創(chuàng)新能力建設，特別是以海洋大數(shù)據(jù)為核心的智慧海洋建設。

　　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，成為智慧海洋建設的核心支撐。“三者中，海洋大數(shù)據(jù)是基礎，也是智慧海洋建設的靈魂。”魏志強說。關于海洋領域的數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)，他歸納為三大板塊：“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、存儲和應用。

　　近年來，伴隨著海洋觀測技術(shù)的發(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)，但與智慧海洋建設需求還有一定的距離。

　　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域使用的高端傳感器90%以上源自進口，這一領域的關鍵技術(shù)和核心設備還掌握在少數(shù)發(fā)達國家手中。“這對我們來說是‘卡脖子’的關鍵技術(shù)，必須要突破。”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。

　　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”的關鍵是“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。

　　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‘倉庫’，還要有科學合理的制度體系把‘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‘設備’，其次要有‘工藝’。”魏志強用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。他進一步談到，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，第十四屆全國高性能計算學術(shù)年會在青島舉行。來自海洋和信息技術(shù)領域的多位專家學者進行了深入探討，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裝置，是科研工作急需，且對未來創(chuàng)新至關重要的平臺。”大會主席、中國科學院院士吳立新在《從智慧海洋到智慧未來》的主題報告中指出。

　　擁有海洋大數(shù)據(jù)可以更好地認識海洋，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)的關鍵。海洋試點國家實驗室擁有目前全球海洋科研領域運算速度最快的P級超級計算機，每秒運算速度可達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、百公里毫秒級超低延時超算互聯(lián)網(wǎng)。

　　“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3個中心的超算大科學人工智能和大數(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于海量、多源、異構(gòu)的海洋大數(shù)據(jù)分析處理。

　　相對于當下的Ｐ級超算，Ｅ級超算是指每秒可進行百億億次數(shù)學運算的超級計算機，被公認為是“世界超級計算機界的下一頂皇冠”。近來，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。“其服務于海洋領域，為經(jīng)略海洋打造新的高地，也指日可待。”魏志強說。

　　矢志深藍 以科技造福全人類

　　隨著技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，多項與大數(shù)據(jù)和智慧海洋相關的項目正在建設，并取得了可喜的成果。

　　2018年7月，在青島舉行的2018年全球海洋院所領導人會議上傳來消息。中國工程院院士、青島海洋生物醫(yī)藥研究院院長管華詩發(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)，我們開放數(shù)據(jù)庫，希望助力人類的健康事業(yè)。”管華詩說。

　　海洋天然產(chǎn)物三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫容納了30117個海洋天然產(chǎn)物的準確三維結(jié)構(gòu)，可直接用于虛擬篩選與智能藥物設計，大大提升了海洋藥物的研發(fā)效率。“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)設計與海洋大數(shù)據(jù)平臺和信息技術(shù)學科交叉的重大成果。”魏志強表示。

　　目前，借助該數(shù)據(jù)庫，管華詩團隊已經(jīng)完成了170余個美國相關機構(gòu)批準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)了1000余個具有開發(fā)前景的抗腫瘤藥物苗頭分子，發(fā)現(xiàn)了諸多可開發(fā)為海洋藥物的先導化合物。

　　“深藍大腦”是海洋試點國家實驗室高性能科學計算與系統(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)演變預測、海洋大數(shù)據(jù)智能分析等眾多領域，致力于更準確、更精細、更高效地為海洋科技創(chuàng)新服務。

　　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)從機器學習到深度學習再到自主學習的跨越，從而在信息處理機制上類腦、認知行為和智能水平上類人，使機器擁有人類認知能力及協(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，也是海洋科學技術(shù)發(fā)展的重要途徑。”魏志強說。