哥倫布算力地球計劃

Ⅰ 領先全球!國之重器「寰」如何模擬萬年後地球,地球奧秘盡在掌握

大家有沒有想過，如果有一個實驗室可以模擬地球的一生，你會用它來做什麼呢？是看看恐龍到底長什麼樣子？還是見識一下歐洲大航海時代的波瀾壯闊？又或者是窺探一下千萬年後的地球？

還別說，你的這些想法在不久的將來很有可能實現。今天就帶大家走進一個全新的國之重器「寰」。

2021年，中國科學院大氣物理研究所將為我國貢獻一個「地球系統數值模擬裝置」，這個裝置的名稱就叫「寰」。

其實在此之前，美國就做過相關實驗了，所研究的項目也是地球模擬，不過過程好像並不順利。

1991年9月，美國在亞利桑那的沙漠中建立了一個「生物圈2號」的生態實驗室。8名科學家參與了此次實驗，目的就是在這個完全密封的環境中研究出動植物以及空氣土壤等對大自然空氣調節的影響，更好的了解地球生態規律。

不過這次實驗最終以失敗告終，原因有很多，在此就不一一贅述了。不過這次試驗讓世界認識到，如果人類繼續肆意破壞地球的生態環境，未來將寸步難行。

既然把科學家放進去實驗不行，我們乾脆就來一個數字化模擬的地球。於是乎，我國最近新發布了一則關於「地球系統模擬裝置」的新聞，那麼它到底是怎樣的呢？

在了解「寰」之前，我們先來看看它是怎麼來的。

2016年簽署的《巴黎協定》中提出，將一個模擬的「地球」放到實驗室後，裡面所有的變化都由地球系統模擬裝置計算，最終觀察在不同二氧化碳排放量的情況下，「地球」的自然系統有什麼反應，以達一個適合地球未來生態環境的氣溫標准。而這里所說的「地球」並不是我們生活的這個藍星，而是一個用各種數學物理公式組成的「數字化地球」。

科學家們認為，地球上所有的有機物甚至無機物，包括空氣、江河湖海、山川冰雪、繁衍生息的生命體等等世間萬物都可以被簡單的分為五個圈層：大氣圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈。

人們生活在地球上感受著每個圈層所帶來的變化，同時也能夠總結出一些自然變化的規律，並且可以用數學公式將它們表現出來。

「地球系統模擬裝置」就是因此而來，將地球數字化以後，只要將某一時刻的數據輸入進去，就可以觀察到那個時候地球發生的事情。再通過超級計算機對其進行大規模的計算，人類就可以得到地球演化的規律，甚至可以重現過去、模擬現在、預測未來。

說了這么多，中國的「寰」又能做到哪些呢？

其實我剛開始聽到這個名字的時候也很納悶，這個「寰」是什麼意思呢？

雖然官方並沒有給出起名的原因，難道又是網友眾籌？當然，寰這個字代表了廣大的地域，意指五湖四海。這個名字也說明了它的作用，模擬「五湖四海」不就是模擬「地球」嘛。

與美國相比不同的是，我國的模擬系統不需要「真人」走進去實驗，只需要科學家們在後台動動手指，輸入數據就可以了。

不過事實當然不會像我說的那麼簡單，「寰」不是只需要建造一個地球模擬系統，還需要空間解析度高達3公里的區域高精度環境模擬系統，龐大的資料庫和資料可視化系統，還有很多基礎設施配置，所以其背後的工作量是極大的，並不是動手就能解決的。

「寰」將坐落於北京懷柔，它利用了最新的技術水平，以模擬地球為核心進行多維度發展，未來建成後會成為我國地球系統科學研究的模板。

雖然我國在這個方面起步較晚，「寰」還是使用了我國自主研發的數值模擬軟體系統，具有完整的模擬生態過程，解析度達到世界領先水平。並且在多個方面充分考慮了地球各個圈層相互之間的作用。未來還將進一步模擬「天氣、冰川、地塊」等等的變化情況。

換句話說，「寰」除了可以為我們模擬地球以外，還能夠准確預測天氣、冰川融化、地震甚至火山爆發。

不過「寰」的內部數據再怎麼厲害，可它畢竟是一個模擬系統，沒有一個好的超級計算機與之匹配也是不行的。

我國科學家專門為「寰」研發了國產超級晶元和高性能計算機，它的能力強大到離譜，其一分鍾的算力就相當於全球72億人同時使用計算機不間斷計算4年之久。特製的「硅立方」資料庫則擁有80PB的存儲空間，大約可以放下13個國家圖書館的所有數據。

通過前面的介紹我們可以知道，我們生活的地球是由每個圈層緊密聯系組成的復雜的生態系統，每個圈層中都包含著它們各自的物理、化學和生物過程，因此地球模擬系統最重要的就是真實性。只有足夠真實，才可以准確描述各個圈層中的所有過程，才可以達到我們所想像的「模擬過去、窺探未來」。

地球模擬裝置作為一個國家綜合國力的體現，各國科學家都在經歷開發屬於自己的研究模式。比如最近的第六次國際耦合模式比較計劃，全球有33家機構參加，提供了大約112個氣候模式版本。

也就是說，現在世界上對於氣候模擬模式的爭奪是十分激烈的，但它們也僅僅是模擬氣候，只有美國、中國、日本等少數國家可以提供地球系統模擬。看到沒有，中國兩個大字赫然在內，也就是說，我國的地球模擬系統已經位居世界前茅。

而本次中國所研發的地球系統模式CAS-ESM就是地球模擬實驗室「寰」的核心軟體，與其他軟體相比，CAS-ESM對全球植被、生產力等等數值的模擬要優秀很多。

大禹認為，雖然現在我們的「寰」還沒有正式出世，但如此多的數據對比已經證明了我們的國之重器是十分強大的。

不過投入了如此多精力的「寰」，不可能只用來看看恐龍長什麼樣子吧？那麼它在未來的生活中都有什麼作用呢？我就給大家來分析一下地球模擬的實用性。

我國早早就確立了「碳中和」的發展方針，不止是大規模的節能減排、發展新能源，同時在不斷地植樹造林，進行碳捕集和封存。目的就是為了將二氧化碳的排放量和吸收量維持在平衡，從而實現「碳的零排放」。

而要完成這些步驟，我們不能僅憑一些數據來進行簡單計算，這個時候地球系統模擬裝置就派上用場了。

「寰」可以全面考慮地球目前的各個組成部分，尤其是生態系統中的演變對氣候的影響。這一點就和我們開頭所說的美國「生物圈2號」相似。都是模擬了一個環境來研究氣候變化，不過「寰」的研究范圍更廣而已。

除此之外，大家有沒有發現最近全球變暖導致的極端天氣事件在不斷增加。台風、暴雨、乾旱和忽冷忽熱的氣溫，甚至有些時候，我們隔壁城市在下暴雨而我們卻是大晴天。這種突然並且變化強烈的天氣就是全球變暖的問題。

我們不能控制這些極端天氣，但是我們可以做到預測，就像天氣預報一樣。

不過大家都知道，天氣預報幾乎不可信，但是「寰」所配備的高性能計算將為它的數據計算提供了強硬的支持，有了超高的計算能力，就可以提升模式的空間解析度。也就是說，「寰」可以准確預測極端天氣和氣候事件，並且利用其精細且完善的模式，更全面的捕捉天氣信號，為我國對極端災害天氣的防禦再增加一道圍牆。

而且隨著世界的發展，城市化問題所帶來的污染愈加嚴重。「寰」建成後，將進行高精度的大氣污染分類，模擬大氣中的化學成分排放、金屬模擬，從而達到追蹤污染源頭的作用。

也就是說，「寰」可以通過模擬來找到到底是哪家在排放污染物質，如果可以早一點建成，那福島附近也不會出現核污水了吧。

總而言之，「寰」將會促進我國全面的科學發展，大到探尋地球秘密，小到治理環境污染，不過它的出現必將讓我們在全球氣候問題上擁有更多話語權。

今年，我國科學院已經宣布了「寰」即將建成，這不僅是我們的一項「大國重器」，還會給全人類帶來更多生態環境方面的研究。

「寰」的特殊性讓它可以模擬地球演變 歷史 ，開頭我們所說的恐龍時期、大航海時代甚至幾萬年後的地球都有可能在「寰」身上實現，讓我們一起期待它的閃亮登場。

Ⅱ 如果地球不出現災難，人類科技在發展500年，世界會變成什麼樣

人類的科技發展算不算慢呢？

就在50多年前，人類才實現了人類登月，如今一些航天機構，卻已經計劃在近幾年實現更遙遠的「登陸火星計劃」。就在1987年之前，我國人民都還在為溫飽擔憂，僅30多年後的今天，已經可以實現「獨立自主研製和實施」空間站了。

不過，以目前人類處境來說，全球氣候變暖，已經成為了人類生存最緊迫且最嚴重的威脅之一。這也導致了南極冰川融化、亞馬遜雨林即將消失等惡性後果。

如果不加以控制，可能不到2011年，人類就將面臨嚴峻的生存挑戰。

如果真有那天，即使推測1000年後的科技發展，也將沒有任何意義。

Ⅲ 數字生命計劃是什麼

數字生命計劃是一種利用仔粗模擬人工智慧系統來開發新的宇宙秩序的計劃。

該計劃被描述為「未來數字時代的巨大計劃」，旨在通過分析、解讀和思考宇宙大規模智慧，來創造出一個新型的空間實體。經大華網查詢，流浪地球2中，在末日危機之下，引發另一計劃，數字生命計劃的正式誕生，將記憶和部分意識上傳數字生命世界，實現拯救地球和人類。

事實上，在《流浪地球2》中，除了最後成功的山移動計劃（由中國提出的）和引人注目的數字生命計劃（雖然被共同地球倫理委員會否決和禁止，但在山移動計劃成敗的最後關頭起了重要作用）之外，還有美國提出的方舟計劃。

電影《流浪地球》詳細介紹

電影流浪地球劇情根據劉慈欣同名小說改編，講述了在不久的將來太陽即將毀滅，太陽系已經不適念亂鎮合人類生存，而面對絕境，人類將開啟「流浪地球」計劃，試圖帶著地球一起逃離太陽系，尋陪陪找人類新家園的故事。

近年來，科學家們發現太陽急速衰老膨脹，短時間內包括地球在內的整個太陽系都將被太陽所吞沒。為了自救，人類提出一個名為「流浪地球」的大膽計劃，即傾全球之力在地球表面建造上萬座發動機和轉向發動機，推動地球離開太陽系，用2500年的時間奔往另外一個棲息之地。

中國航天員劉培強（吳京飾）在兒子劉啟四歲那年前往國際空間站，和國際同儕肩負起領航者的重任。轉眼劉啟（屈楚蕭飾）長大，他帶著妹妹朵朵（趙今麥飾）偷偷跑到地表，偷開外公韓子昂（吳孟達飾）的運輸車，結果不僅遭到逮捕，還遭遇了全球發動機停擺的事件。

為了修好發動機，阻止地球墜入木星，全球開始展開飽和式營救，連劉啟他們的車也被強征加入。在與時間賽跑的過程中，無數的人前仆後繼，奮不顧身，只為延續百代子孫生存的希望。

Ⅳ 尋找宇宙第一縷曙光，華為HPC存儲為地球擦亮眼睛

愛因斯坦曾經說過「宇宙中最不可理解的事情，就是宇宙是可以被理解的。」人們尚不足以理解宇宙，但人們卻一直以來都嘗試觀測宇宙。也許每個人都曾仰望星空，好奇宇宙到底有多大，引力波、暗物質、黑洞都是怎麼回事兒。天文讓我們意識到人類的渺小，好奇心又讓人類不斷 探索 宇宙。可以說天文望遠鏡是地球的眼睛，關於它，你是否也有很多問號？

一問：人類有史以來建造的最大射電天文望遠鏡是？

答：不是哈勃望遠鏡

在絕大多數人們的印象中，能叫出名字的天文望遠鏡一定是哈勃望遠鏡了。哈勃望遠鏡的全稱是哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope），是以美國天文學家愛德溫·哈勃為名，於1990年4月24日成功發射，位於地球的大氣層之上的光學望遠鏡。

而人類有史以來建造的最大射電天文望遠鏡，則是平方公里陣列射電望遠鏡（Square kilometer Array, SKA）。於2011年由全球超過10個國家共同出資建造、運行、維護和管理的一部國際大科學裝置，將是人類有史計劃建造的世界最大綜合孔徑射電望遠鏡，將開啟人類認識宇宙的新紀元。

作為全球最大科學合作計劃，SKA始終致力於回答宇宙的一些最基本問題，如宇宙的第一縷曙光、宇宙的結構形成、宇宙中的生命起源等。對這些問題的研究必將開辟人類認識宇宙的新紀元。中國作為SKA成員國之一，致力於尋找「宇宙第一縷曙光」，揭開宇宙從黑暗走向光明這一壯觀的 歷史 畫卷。

二問：SKA牛在哪？

答：不但能打，還不單打獨斗

SKA橫跨三大洲，台址位於澳大利亞、南非及南部非洲8個國家的無線電寧靜區域，由分布在3000km范圍內的約2500面15m口徑碟形天線（高頻）、250km范圍內的250個直徑約60m的緻密孔徑陣列（中頻）以及130萬個對數周期天線組成的稀疏孔徑陣列（低頻）組成，其等效接收面積達平方公里級，頻率覆蓋范圍為50MHz 20GHz，核心處的半徑在5km左右。與現有地面最大的射電望遠鏡陣列EVLA相比，SKA的靈敏度提高了50倍，巡天速度提高了10000~200000倍

以往的天文望遠鏡往往是單打獨斗或僅形成局部網路，受地域限制都只能觀測星空的很小一部分，許多重要天文事件可能因此未被發現。而將世界各地的天文望遠鏡連成網路後，可以更加全面地觀測整個星空，減少「魚兒漏網」的幾率。此外，在某一重大天文事件發生時，也可通過寬廣的觀測網路來抵消地球自轉的影響，利用各地望遠鏡持續不斷地觀測。

三問：SKA還有什麼超出想像？

答：將產生天文學有史以來最大的數據流

SKA將產生天文學有史以來最大的數據流。一旦投入運行，僅在SKA的第一階段，生成的數據將達到約760PB！（1PB約105萬GB）

SKA能否取得里程碑式的重大科研成果，取決於SKA 科學數據處理能力和科學分析研究水平。承擔SKA最終的科學處理、面對科學家用戶、直接產生科學成果的工作將由 SKA 區域中心完成。中國SKA區域中心將作為國際上幾個大型區域數據中心之一，一方面承擔一定份額的SKA數據處理和存儲的國際義務，另一方面重點為中國乃至亞洲區域科學用戶提供必要的計算和數據存儲資源以及技術支持。

中國SKA區域中心原型機研製任務，由上海天文台負責完成。其中存儲系統的構建，是至關重要的一環。SKA巨大的數據量，高性能計算集群，分布在全球的SKA科學用戶，對區域中心的存儲系統提出了極高的要求，包括極致（I/O）高帶寬低時延；動態擴容、模塊化設計，保護投資；極致可靠，對數據缺失零容忍。

滿足SKA的存儲需要具備四種能力

首先，SKA需要處理多任務高度並發的應用 。以SKA第一階段全規模工作流實驗為例，整個實驗模擬宇宙再電離6小時觀測，多任務高度並發，數據峰值速度達到400Gb/s。需要構建高性能存儲系統，提升最大並發用戶數。

其次，需要大幅提升IO性能， 支撐SKA的天文大數據處理。以SKA的特徵星體檢索任務為例，天文學家人工分析模式下需要169天，超強算力升騰集群服務將時間縮短為10秒。為了匹配高性能計算集群，縮短數據訪問時間，需要構建低時延、高帶寬的存儲系統。

第三，海量天文數據的深度分析、存檔發布、科學研究、技術研發，面臨可擴展性、經濟成本可承受、穩定性和靈活適應性等多方面的挑戰 ，需要可以平滑擴容的存儲系統，降低TCO和提升存儲系統利用率。

第四，SKA區域中心，將吸引SKA國際夥伴和其他成員圍繞SKA進行科學研究和交流。 其數據重要性不言而喻，任何天文數據的缺失都會對最後的科研結果產生影響，失之毫釐謬以千里。這需要高可靠性的存儲系統，來保障SKA區域中心的全天候可訪問的能力。

四問：地球之眼誰來擦亮？

答：華為HPC存儲舍我其誰

為解決當前SKA天文數據處理過程中的問題，上海天文台攜手 華為OceanStor海量存儲 ，打造了高性能、高可靠、平滑擴容的數據分析處理平台。基於華為OceanStor海量存儲，上海天文台建成「 世界上首台SKA區域中心原型機 」，入選2019年中國天文十大 科技 進展，滿足SKA數據中心未來10~30年數據發展需求，在即將籌建的SKA區域中心全球網路中發揮引領性作用。

華為OceanStor海量存儲，採用DHT（Distributed Hash Table）演算法結合對高性能硬體（全NVMe SSD配置時）快速兼容，最大並發用戶數由400增加至1000，成功支撐迄今最大規模的SKA工作流程測試。

創新分層讀緩存機制，縮短數據訪問時間，對於常見的4K數據讀寫，平均時延保持在1ms左右；對於內部組網，採用大吞吐、低時延的InfiniBand交換機，內部數據交換帶寬由10Gb/s擴展至128Gb/s，縮短數據訪問時間，大幅提升IO性能，支撐天文大數據處理。

採用Scale-out架構設計，可以進行動態靈活擴容。增加存儲節點和存儲設備，在不影響原有業務的情況下，容量和性能兩個維度進行擴展。降低TCO和提升存儲系統利用率，應對SKA區域中心未來10~30年數據發展需求。

採用創新EC演算法，為SKA提供數據可靠保障。重構能力也能提升到傳統存儲的10倍，1小時重構2TB。

中國科學院上海天文台射電天文科學與技術室副主任&SKA課題組組長安濤表示：

我們需要重點解決海量數據的高效能的匯集海量數據的處理以及協同功能。華為OceanStor系統具有 高效能，高穩定性和大規模擴展能力 ，非常適合SKA數據處理和數據存儲能夠支持SKA項目的數據處理需求。我們期待在未來與華為公司能夠有更深入的合作，進一步的驗證和拓展華為OceanStor分布式存儲的能力，共同 探索 一條面向未來SKA EB量級海量存儲的解決方案。

Ⅳ 如果地球不出現災難，人類科技在發展500年，世界會變成什麼樣

人類的科技發展速度是驚人的。僅僅在50多年前，人類才成功登月，而現在，一些航天機構已經在計劃未來幾年內實現登陸火星的目標。在1987年之前，我國人民還在為溫飽問題擔憂，但僅過了30多年，我國就已經能夠獨立自主地研製和實施空間站計劃。這些事實清楚地表明，人類科學技術的進步是越來越快的。那麼，假如沒有災難，人類在科技上再發展500年，世界將會變成什麼樣子呢？讓我們一起探索這個話題。
在科技的快速發展中，人們往往還未來得及完全適應新科技，更新的技術就已經問世。例如，許多人還在適應4G網路時，更快的5G技術已經推出。虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等概念還沒被大眾完全理解，介導現實（MR）又出現了。有專家宣稱，我們已經進入了數據時代，這個時代的浪潮已經從移動互聯網轉向了基於人工智慧和大數據的「元宇宙」。
盡管人類在地球上已經存在了數百萬年，但真正意義上的進步只有幾千年。一般認為，人類最早的文明出現在大約公元前3500年的美索不達米亞的蘇美爾地區。而科學技術的飛速進步則始於19世紀，當時的重大理論成果如熱力學、電磁學、化學原子論、生物進化論，以及X射線、放射性、電子等三大重要發現，為20世紀前30年的物理學革命奠定了基礎，誕生了相對論和量子力學，從而推動了近一百多年來科技的飛速發展。
那麼，如果人類能夠再沒有災難的情況下繼續以這樣的速度發展500年，會是怎樣的景象呢？我們可以藉助一些前沿科技的發展方向來進行分析。首先，量子計算機的突破將是重要的一步，它將能夠實現更復雜的數據計算和處理。例如，在2020年12月，我國科學技術大學利用量子計算機「九章」實現了算力全球領先，其處理5000萬個樣本的高斯玻色取樣的速度僅需200秒，而當時全球最快的超級計算機「富岳」解決同樣問題需要6億年。
量子計算機的強大算力將使多個領域得到指數級的提升。在城市交通管理上，它可以幫助計算出更合理的出行路線，並更有效地控制紅綠燈，避免時間和能源的浪費。在醫療領域，量子計算機可以高效地模擬葯物分子的效果，大大縮短新葯研發的時間，挽救更多的生命。此外，當手機與量子計算機結合時，手機的計算任務可以全部交給量子計算機處理，然後通過網路發送結果，這樣手機就不需要那麼高的硬體配置了。
除了量子計算機，可控核聚變也可能取得突破性進展。這種技術的實現將使以氫同位素為主要原料的能源獲取技術得到完善，從而解決人類的能源危機。同時，高速發動機的投入使用將使航天領域得到突破，人類探測器能夠飛往更遙遠的宇宙。
由於量子計算機和人工智慧的發展，人機介面技術將非常成熟，人類的記憶和知識可能將被存儲到植入人體的晶元中。每個人都將擁有取之不盡的知識來源，不再過多依賴先天的學習。這將極大地提高人們對知識的運用和整合能力，從而促進更多的創新。
然而，我們必須意識到，全球氣候變暖是目前人類面臨的最緊迫和嚴重的威脅之一。如果不加以控制，可能不到2100年，人類就將面臨嚴峻的生存挑戰。因此，討論1000年後的科技發展前景，在沒有解決當前環境危機的前提下，確實沒有意義。