哥伦布算力地球计划

Ⅰ 领先全球!国之重器“寰”如何模拟万年后地球,地球奥秘尽在掌握

大家有没有想过，如果有一个实验室可以模拟地球的一生，你会用它来做什么呢？是看看恐龙到底长什么样子？还是见识一下欧洲大航海时代的波澜壮阔？又或者是窥探一下千万年后的地球？

还别说，你的这些想法在不久的将来很有可能实现。今天就带大家走进一个全新的国之重器“寰”。

2021年，中国科学院大气物理研究所将为我国贡献一个“地球系统数值模拟装置”，这个装置的名称就叫“寰”。

其实在此之前，美国就做过相关实验了，所研究的项目也是地球模拟，不过过程好像并不顺利。

1991年9月，美国在亚利桑那的沙漠中建立了一个“生物圈2号”的生态实验室。8名科学家参与了此次实验，目的就是在这个完全密封的环境中研究出动植物以及空气土壤等对大自然空气调节的影响，更好的了解地球生态规律。

不过这次实验最终以失败告终，原因有很多，在此就不一一赘述了。不过这次试验让世界认识到，如果人类继续肆意破坏地球的生态环境，未来将寸步难行。

既然把科学家放进去实验不行，我们干脆就来一个数字化模拟的地球。于是乎，我国最近新发布了一则关于“地球系统模拟装置”的新闻，那么它到底是怎样的呢？

在了解“寰”之前，我们先来看看它是怎么来的。

2016年签署的《巴黎协定》中提出，将一个模拟的“地球”放到实验室后，里面所有的变化都由地球系统模拟装置计算，最终观察在不同二氧化碳排放量的情况下，“地球”的自然系统有什么反应，以达一个适合地球未来生态环境的气温标准。而这里所说的“地球”并不是我们生活的这个蓝星，而是一个用各种数学物理公式组成的“数字化地球”。

科学家们认为，地球上所有的有机物甚至无机物，包括空气、江河湖海、山川冰雪、繁衍生息的生命体等等世间万物都可以被简单的分为五个圈层：大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈。

人们生活在地球上感受着每个圈层所带来的变化，同时也能够总结出一些自然变化的规律，并且可以用数学公式将它们表现出来。

“地球系统模拟装置”就是因此而来，将地球数字化以后，只要将某一时刻的数据输入进去，就可以观察到那个时候地球发生的事情。再通过超级计算机对其进行大规模的计算，人类就可以得到地球演化的规律，甚至可以重现过去、模拟现在、预测未来。

说了这么多，中国的“寰”又能做到哪些呢？

其实我刚开始听到这个名字的时候也很纳闷，这个“寰”是什么意思呢？

虽然官方并没有给出起名的原因，难道又是网友众筹？当然，寰这个字代表了广大的地域，意指五湖四海。这个名字也说明了它的作用，模拟“五湖四海”不就是模拟“地球”嘛。

与美国相比不同的是，我国的模拟系统不需要“真人”走进去实验，只需要科学家们在后台动动手指，输入数据就可以了。

不过事实当然不会像我说的那么简单，“寰”不是只需要建造一个地球模拟系统，还需要空间分辨率高达3公里的区域高精度环境模拟系统，庞大的数据库和资料可视化系统，还有很多基础设施配置，所以其背后的工作量是极大的，并不是动手就能解决的。

“寰”将坐落于北京怀柔，它利用了最新的技术水平，以模拟地球为核心进行多维度发展，未来建成后会成为我国地球系统科学研究的模板。

虽然我国在这个方面起步较晚，“寰”还是使用了我国自主研发的数值模拟软件系统，具有完整的模拟生态过程，分辨率达到世界领先水平。并且在多个方面充分考虑了地球各个圈层相互之间的作用。未来还将进一步模拟“天气、冰川、地块”等等的变化情况。

换句话说，“寰”除了可以为我们模拟地球以外，还能够准确预测天气、冰川融化、地震甚至火山爆发。

不过“寰”的内部数据再怎么厉害，可它毕竟是一个模拟系统，没有一个好的超级计算机与之匹配也是不行的。

我国科学家专门为“寰”研发了国产超级芯片和高性能计算机，它的能力强大到离谱，其一分钟的算力就相当于全球72亿人同时使用计算机不间断计算4年之久。特制的“硅立方”数据库则拥有80PB的存储空间，大约可以放下13个国家图书馆的所有数据。

通过前面的介绍我们可以知道，我们生活的地球是由每个圈层紧密联系组成的复杂的生态系统，每个圈层中都包含着它们各自的物理、化学和生物过程，因此地球模拟系统最重要的就是真实性。只有足够真实，才可以准确描述各个圈层中的所有过程，才可以达到我们所想象的“模拟过去、窥探未来”。

地球模拟装置作为一个国家综合国力的体现，各国科学家都在经历开发属于自己的研究模式。比如最近的第六次国际耦合模式比较计划，全球有33家机构参加，提供了大约112个气候模式版本。

也就是说，现在世界上对于气候模拟模式的争夺是十分激烈的，但它们也仅仅是模拟气候，只有美国、中国、日本等少数国家可以提供地球系统模拟。看到没有，中国两个大字赫然在内，也就是说，我国的地球模拟系统已经位居世界前茅。

而本次中国所研发的地球系统模式CAS-ESM就是地球模拟实验室“寰”的核心软件，与其他软件相比，CAS-ESM对全球植被、生产力等等数值的模拟要优秀很多。

大禹认为，虽然现在我们的“寰”还没有正式出世，但如此多的数据对比已经证明了我们的国之重器是十分强大的。

不过投入了如此多精力的“寰”，不可能只用来看看恐龙长什么样子吧？那么它在未来的生活中都有什么作用呢？我就给大家来分析一下地球模拟的实用性。

我国早早就确立了“碳中和”的发展方针，不止是大规模的节能减排、发展新能源，同时在不断地植树造林，进行碳捕集和封存。目的就是为了将二氧化碳的排放量和吸收量维持在平衡，从而实现“碳的零排放”。

而要完成这些步骤，我们不能仅凭一些数据来进行简单计算，这个时候地球系统模拟装置就派上用场了。

“寰”可以全面考虑地球目前的各个组成部分，尤其是生态系统中的演变对气候的影响。这一点就和我们开头所说的美国“生物圈2号”相似。都是模拟了一个环境来研究气候变化，不过“寰”的研究范围更广而已。

除此之外，大家有没有发现最近全球变暖导致的极端天气事件在不断增加。台风、暴雨、干旱和忽冷忽热的气温，甚至有些时候，我们隔壁城市在下暴雨而我们却是大晴天。这种突然并且变化强烈的天气就是全球变暖的问题。

我们不能控制这些极端天气，但是我们可以做到预测，就像天气预报一样。

不过大家都知道，天气预报几乎不可信，但是“寰”所配备的高性能计算将为它的数据计算提供了强硬的支持，有了超高的计算能力，就可以提升模式的空间分辨率。也就是说，“寰”可以准确预测极端天气和气候事件，并且利用其精细且完善的模式，更全面的捕捉天气信号，为我国对极端灾害天气的防御再增加一道围墙。

而且随着世界的发展，城市化问题所带来的污染愈加严重。“寰”建成后，将进行高精度的大气污染分类，模拟大气中的化学成分排放、金属模拟，从而达到追踪污染源头的作用。

也就是说，“寰”可以通过模拟来找到到底是哪家在排放污染物质，如果可以早一点建成，那福岛附近也不会出现核污水了吧。

总而言之，“寰”将会促进我国全面的科学发展，大到探寻地球秘密，小到治理环境污染，不过它的出现必将让我们在全球气候问题上拥有更多话语权。

今年，我国科学院已经宣布了“寰”即将建成，这不仅是我们的一项“大国重器”，还会给全人类带来更多生态环境方面的研究。

“寰”的特殊性让它可以模拟地球演变 历史 ，开头我们所说的恐龙时期、大航海时代甚至几万年后的地球都有可能在“寰”身上实现，让我们一起期待它的闪亮登场。

Ⅱ 如果地球不出现灾难，人类科技在发展500年，世界会变成什么样

人类的科技发展算不算慢呢？

就在50多年前，人类才实现了人类登月，如今一些航天机构，却已经计划在近几年实现更遥远的“登陆火星计划”。就在1987年之前，我国人民都还在为温饱担忧，仅30多年后的今天，已经可以实现“独立自主研制和实施”空间站了。

不过，以目前人类处境来说，全球气候变暖，已经成为了人类生存最紧迫且最严重的威胁之一。这也导致了南极冰川融化、亚马逊雨林即将消失等恶性后果。

如果不加以控制，可能不到2011年，人类就将面临严峻的生存挑战。

如果真有那天，即使推测1000年后的科技发展，也将没有任何意义。

Ⅲ 数字生命计划是什么

数字生命计划是一种利用仔粗模拟人工智能系统来开发新的宇宙秩序的计划。

该计划被描述为“未来数字时代的巨大计划”，旨在通过分析、解读和思考宇宙大规模智慧，来创造出一个新型的空间实体。经大华网查询，流浪地球2中，在末日危机之下，引发另一计划，数字生命计划的正式诞生，将记忆和部分意识上传数字生命世界，实现拯救地球和人类。

事实上，在《流浪地球2》中，除了最后成功的山移动计划（由中国提出的）和引人注目的数字生命计划（虽然被共同地球伦理委员会否决和禁止，但在山移动计划成败的最后关头起了重要作用）之外，还有美国提出的方舟计划。

电影《流浪地球》详细介绍

电影流浪地球剧情根据刘慈欣同名小说改编，讲述了在不久的将来太阳即将毁灭，太阳系已经不适念乱镇合人类生存，而面对绝境，人类将开启“流浪地球”计划，试图带着地球一起逃离太阳系，寻陪陪找人类新家园的故事。

近年来，科学家们发现太阳急速衰老膨胀，短时间内包括地球在内的整个太阳系都将被太阳所吞没。为了自救，人类提出一个名为“流浪地球”的大胆计划，即倾全球之力在地球表面建造上万座发动机和转向发动机，推动地球离开太阳系，用2500年的时间奔往另外一个栖息之地。

中国航天员刘培强（吴京饰）在儿子刘启四岁那年前往国际空间站，和国际同侪肩负起领航者的重任。转眼刘启（屈楚萧饰）长大，他带着妹妹朵朵（赵今麦饰）偷偷跑到地表，偷开外公韩子昂（吴孟达饰）的运输车，结果不仅遭到逮捕，还遭遇了全球发动机停摆的事件。

为了修好发动机，阻止地球坠入木星，全球开始展开饱和式营救，连刘启他们的车也被强征加入。在与时间赛跑的过程中，无数的人前仆后继，奋不顾身，只为延续百代子孙生存的希望。

Ⅳ 寻找宇宙第一缕曙光，华为HPC存储为地球擦亮眼睛

爱因斯坦曾经说过“宇宙中最不可理解的事情，就是宇宙是可以被理解的。”人们尚不足以理解宇宙，但人们却一直以来都尝试观测宇宙。也许每个人都曾仰望星空，好奇宇宙到底有多大，引力波、暗物质、黑洞都是怎么回事儿。天文让我们意识到人类的渺小，好奇心又让人类不断 探索 宇宙。可以说天文望远镜是地球的眼睛，关于它，你是否也有很多问号？

一问：人类有史以来建造的最大射电天文望远镜是？

答：不是哈勃望远镜

在绝大多数人们的印象中，能叫出名字的天文望远镜一定是哈勃望远镜了。哈勃望远镜的全称是哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope），是以美国天文学家爱德温·哈勃为名，于1990年4月24日成功发射，位于地球的大气层之上的光学望远镜。

而人类有史以来建造的最大射电天文望远镜，则是平方公里阵列射电望远镜（Square kilometer Array, SKA）。于2011年由全球超过10个国家共同出资建造、运行、维护和管理的一部国际大科学装置，将是人类有史计划建造的世界最大综合孔径射电望远镜，将开启人类认识宇宙的新纪元。

作为全球最大科学合作计划，SKA始终致力于回答宇宙的一些最基本问题，如宇宙的第一缕曙光、宇宙的结构形成、宇宙中的生命起源等。对这些问题的研究必将开辟人类认识宇宙的新纪元。中国作为SKA成员国之一，致力于寻找“宇宙第一缕曙光”，揭开宇宙从黑暗走向光明这一壮观的 历史 画卷。

二问：SKA牛在哪？

答：不但能打，还不单打独斗

SKA横跨三大洲，台址位于澳大利亚、南非及南部非洲8个国家的无线电宁静区域，由分布在3000km范围内的约2500面15m口径碟形天线（高频）、250km范围内的250个直径约60m的致密孔径阵列（中频）以及130万个对数周期天线组成的稀疏孔径阵列（低频）组成，其等效接收面积达平方公里级，频率覆盖范围为50MHz 20GHz，核心处的半径在5km左右。与现有地面最大的射电望远镜阵列EVLA相比，SKA的灵敏度提高了50倍，巡天速度提高了10000~200000倍

以往的天文望远镜往往是单打独斗或仅形成局部网络，受地域限制都只能观测星空的很小一部分，许多重要天文事件可能因此未被发现。而将世界各地的天文望远镜连成网络后，可以更加全面地观测整个星空，减少“鱼儿漏网”的几率。此外，在某一重大天文事件发生时，也可通过宽广的观测网络来抵消地球自转的影响，利用各地望远镜持续不断地观测。

三问：SKA还有什么超出想象？

答：将产生天文学有史以来最大的数据流

SKA将产生天文学有史以来最大的数据流。一旦投入运行，仅在SKA的第一阶段，生成的数据将达到约760PB！（1PB约105万GB）

SKA能否取得里程碑式的重大科研成果，取决于SKA 科学数据处理能力和科学分析研究水平。承担SKA最终的科学处理、面对科学家用户、直接产生科学成果的工作将由 SKA 区域中心完成。中国SKA区域中心将作为国际上几个大型区域数据中心之一，一方面承担一定份额的SKA数据处理和存储的国际义务，另一方面重点为中国乃至亚洲区域科学用户提供必要的计算和数据存储资源以及技术支持。

中国SKA区域中心原型机研制任务，由上海天文台负责完成。其中存储系统的构建，是至关重要的一环。SKA巨大的数据量，高性能计算集群，分布在全球的SKA科学用户，对区域中心的存储系统提出了极高的要求，包括极致（I/O）高带宽低时延；动态扩容、模块化设计，保护投资；极致可靠，对数据缺失零容忍。

满足SKA的存储需要具备四种能力

首先，SKA需要处理多任务高度并发的应用 。以SKA第一阶段全规模工作流实验为例，整个实验仿真宇宙再电离6小时观测，多任务高度并发，数据峰值速度达到400Gb/s。需要构建高性能存储系统，提升最大并发用户数。

其次，需要大幅提升IO性能， 支撑SKA的天文大数据处理。以SKA的特征星体检索任务为例，天文学家人工分析模式下需要169天，超强算力升腾集群服务将时间缩短为10秒。为了匹配高性能计算集群，缩短数据访问时间，需要构建低时延、高带宽的存储系统。

第三，海量天文数据的深度分析、存档发布、科学研究、技术研发，面临可扩展性、经济成本可承受、稳定性和灵活适应性等多方面的挑战 ，需要可以平滑扩容的存储系统，降低TCO和提升存储系统利用率。

第四，SKA区域中心，将吸引SKA国际伙伴和其他成员围绕SKA进行科学研究和交流。 其数据重要性不言而喻，任何天文数据的缺失都会对最后的科研结果产生影响，失之毫厘谬以千里。这需要高可靠性的存储系统，来保障SKA区域中心的全天候可访问的能力。

四问：地球之眼谁来擦亮？

答：华为HPC存储舍我其谁

为解决当前SKA天文数据处理过程中的问题，上海天文台携手 华为OceanStor海量存储 ，打造了高性能、高可靠、平滑扩容的数据分析处理平台。基于华为OceanStor海量存储，上海天文台建成“ 世界上首台SKA区域中心原型机 ”，入选2019年中国天文十大 科技 进展，满足SKA数据中心未来10~30年数据发展需求，在即将筹建的SKA区域中心全球网络中发挥引领性作用。

华为OceanStor海量存储，采用DHT（Distributed Hash Table）算法结合对高性能硬件（全NVMe SSD配置时）快速兼容，最大并发用户数由400增加至1000，成功支撑迄今最大规模的SKA工作流程测试。

创新分层读缓存机制，缩短数据访问时间，对于常见的4K数据读写，平均时延保持在1ms左右；对于内部组网，采用大吞吐、低时延的InfiniBand交换机，内部数据交换带宽由10Gb/s扩展至128Gb/s，缩短数据访问时间，大幅提升IO性能，支撑天文大数据处理。

采用Scale-out架构设计，可以进行动态灵活扩容。增加存储节点和存储设备，在不影响原有业务的情况下，容量和性能两个维度进行扩展。降低TCO和提升存储系统利用率，应对SKA区域中心未来10~30年数据发展需求。

采用创新EC算法，为SKA提供数据可靠保障。重构能力也能提升到传统存储的10倍，1小时重构2TB。

中国科学院上海天文台射电天文科学与技术室副主任&SKA课题组组长安涛表示：

我们需要重点解决海量数据的高效能的汇集海量数据的处理以及协同功能。华为OceanStor系统具有 高效能，高稳定性和大规模扩展能力 ，非常适合SKA数据处理和数据存储能够支持SKA项目的数据处理需求。我们期待在未来与华为公司能够有更深入的合作，进一步的验证和拓展华为OceanStor分布式存储的能力，共同 探索 一条面向未来SKA EB量级海量存储的解决方案。

Ⅳ 如果地球不出现灾难，人类科技在发展500年，世界会变成什么样

人类的科技发展速度是惊人的。仅仅在50多年前，人类才成功登月，而现在，一些航天机构已经在计划未来几年内实现登陆火星的目标。在1987年之前，我国人民还在为温饱问题担忧，但仅过了30多年，我国就已经能够独立自主地研制和实施空间站计划。这些事实清楚地表明，人类科学技术的进步是越来越快的。那么，假如没有灾难，人类在科技上再发展500年，世界将会变成什么样子呢？让我们一起探索这个话题。
在科技的快速发展中，人们往往还未来得及完全适应新科技，更新的技术就已经问世。例如，许多人还在适应4G网络时，更快的5G技术已经推出。虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等概念还没被大众完全理解，介导现实（MR）又出现了。有专家宣称，我们已经进入了数据时代，这个时代的浪潮已经从移动互联网转向了基于人工智能和大数据的“元宇宙”。
尽管人类在地球上已经存在了数百万年，但真正意义上的进步只有几千年。一般认为，人类最早的文明出现在大约公元前3500年的美索不达米亚的苏美尔地区。而科学技术的飞速进步则始于19世纪，当时的重大理论成果如热力学、电磁学、化学原子论、生物进化论，以及X射线、放射性、电子等三大重要发现，为20世纪前30年的物理学革命奠定了基础，诞生了相对论和量子力学，从而推动了近一百多年来科技的飞速发展。
那么，如果人类能够再没有灾难的情况下继续以这样的速度发展500年，会是怎样的景象呢？我们可以借助一些前沿科技的发展方向来进行分析。首先，量子计算机的突破将是重要的一步，它将能够实现更复杂的数据计算和处理。例如，在2020年12月，我国科学技术大学利用量子计算机“九章”实现了算力全球领先，其处理5000万个样本的高斯玻色取样的速度仅需200秒，而当时全球最快的超级计算机“富岳”解决同样问题需要6亿年。
量子计算机的强大算力将使多个领域得到指数级的提升。在城市交通管理上，它可以帮助计算出更合理的出行路线，并更有效地控制红绿灯，避免时间和能源的浪费。在医疗领域，量子计算机可以高效地模拟药物分子的效果，大大缩短新药研发的时间，挽救更多的生命。此外，当手机与量子计算机结合时，手机的计算任务可以全部交给量子计算机处理，然后通过网络发送结果，这样手机就不需要那么高的硬件配置了。
除了量子计算机，可控核聚变也可能取得突破性进展。这种技术的实现将使以氢同位素为主要原料的能源获取技术得到完善，从而解决人类的能源危机。同时，高速发动机的投入使用将使航天领域得到突破，人类探测器能够飞往更遥远的宇宙。
由于量子计算机和人工智能的发展，人机接口技术将非常成熟，人类的记忆和知识可能将被存储到植入人体的芯片中。每个人都将拥有取之不尽的知识来源，不再过多依赖先天的学习。这将极大地提高人们对知识的运用和整合能力，从而促进更多的创新。
然而，我们必须意识到，全球气候变暖是目前人类面临的最紧迫和严重的威胁之一。如果不加以控制，可能不到2100年，人类就将面临严峻的生存挑战。因此，讨论1000年后的科技发展前景，在没有解决当前环境危机的前提下，确实没有意义。