原標(biāo)題：用AI“搭橋”，深圳灣駛?cè)氘a(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新“快車(chē)道”

來(lái)源：中國(guó)新聞網(wǎng)

原標(biāo)題：用AI“搭橋”，深圳灣駛?cè)氘a(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新“快車(chē)道”

來(lái)源：中國(guó)新聞網(wǎng)

數(shù)智時(shí)代下，AI是最重要的通用技術(shù)之一，具有溢出帶動(dòng)性很強(qiáng)的“頭雁”效應(yīng)。其進(jìn)入制造、電力、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，不僅能帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，還能創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

而在科研領(lǐng)域，借AI之力推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新的例子也不勝枚舉。比如，目前AI就被廣泛應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，這大幅提升了科學(xué)家們的工作效率。但不為人知的是，科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)軟件對(duì)于AI的兼容性問(wèn)題十分突出，一度讓深圳灣實(shí)驗(yàn)室副研究員楊奕苦惱不已。畢竟，這些科學(xué)計(jì)算軟件最初設(shè)計(jì)的時(shí)候并非為AI而生。

如何讓先進(jìn)的AI技術(shù)、AI框架融入科研院所？從深圳灣實(shí)驗(yàn)室與昇思MindSpore開(kāi)源社區(qū)攜手，推動(dòng)科研實(shí)現(xiàn)“從0到90”跨越式進(jìn)步的案例中，你或許能得到答案。

缺人手、缺軟件、缺平臺(tái)......產(chǎn)學(xué)研發(fā)展面臨時(shí)代挑戰(zhàn)

楊奕于2019年正式回國(guó)并加入深圳灣實(shí)驗(yàn)室，負(fù)責(zé)分子模擬領(lǐng)域的研究工作。團(tuán)隊(duì)希望將AI算法應(yīng)用到分子模擬領(lǐng)域。誰(shuí)料，缺軟件、缺人手......各種挑戰(zhàn)接踵而至。

就拿“缺人”來(lái)說(shuō)。“我們的課題組，最開(kāi)始只有兩人，后來(lái)逐漸發(fā)展，也不過(guò)五六個(gè)人。大家集中干這一件事情，雖然寫(xiě)了一些核心代碼，但單純靠一個(gè)課題組實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的科學(xué)計(jì)算套件的難度太大。”楊奕表示。

不僅如此，在人工智能框架和分子模擬軟件的相互兼容環(huán)節(jié)，也讓實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)眾人犯了難。

“當(dāng)下比較流行的分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件，歷史都比較悠久，而且大部分是使用C/C++和Fortran等編譯型語(yǔ)言來(lái)編程，這些軟件想兼容目前主流的AI框架是非常困難的。”

據(jù)楊奕說(shuō)，近些年，AI的發(fā)展非常迅速，也開(kāi)始往科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域大量滲透。然而，隨著研究的逐步深入，他發(fā)現(xiàn)，分子模擬研究中常用的軟件，如AMBER、GROMACS、LAMMPS等存在設(shè)計(jì)思想老舊的問(wèn)題，最初沒(méi)有考慮到與AI框架兼容結(jié)合的問(wèn)題，因而它們很難匹配市面上如MindSpore、TensorFlow、PyTorch、JAX等最新的AI框架，這也導(dǎo)致AI算法難以真正地應(yīng)用到分子模擬實(shí)驗(yàn)中。

如何才能解決兼容性問(wèn)題，讓AI真正為科研賦能？楊奕和他所在的團(tuán)隊(duì)想，“既然傳統(tǒng)的分子模擬軟件難以兼容AI框架，那么我們有沒(méi)有可能打造一套使人工智能框架與分子模擬無(wú)縫結(jié)合的系統(tǒng)？那將會(huì)是一件非常有前景的事情。”

與華為攜手“搭橋”，推動(dòng)科研實(shí)現(xiàn)跨越式進(jìn)步

轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在2019年末。據(jù)楊奕回憶，在當(dāng)年的華為開(kāi)發(fā)者大會(huì)上，他第一次接觸到了人工智能框架——昇思MindSpore，一下子就被其強(qiáng)大的能力所吸引：不但設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，還非常適用于科學(xué)計(jì)算，完全可以用它開(kāi)發(fā)一款國(guó)產(chǎn)分子模擬軟件。此外，基于昇騰AI基礎(chǔ)軟硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件可以與硬件直接協(xié)同，組成一套完整的科學(xué)計(jì)算軟硬件平臺(tái)。“如果引入科研，一定可以很好地解決我們的一些痛點(diǎn)問(wèn)題。”他說(shuō)。

略作思忖，他與華為相關(guān)技術(shù)人員取得了聯(lián)系，希望能合作開(kāi)發(fā)一款基于MindSpore的“智能化”分子模擬軟件。初期，雙方主要完成的是“適配”的工作——“昇思作為一個(gè)人工智能框架，起初并不是為解決科學(xué)計(jì)算而設(shè)計(jì)的，很多我們需要的功能昇思都還沒(méi)有開(kāi)發(fā)。但當(dāng)我們向華為提出‘能否添加適用于科學(xué)計(jì)算的算子等相關(guān)功能’的訴求時(shí)，他們很爽快地答應(yīng)了。”據(jù)楊奕說(shuō)，隨著后續(xù)合作的深入推進(jìn)，雙方合作越來(lái)越緊密，2020年至今，雙方聯(lián)合開(kāi)發(fā)分子模擬軟件的工作，99%以上的功能都被實(shí)現(xiàn)。

更重要的是，作為一款全自主研發(fā)的“智能化”分子模擬軟件，它的落地，標(biāo)志著我國(guó)真正走在了全球分子模擬研究領(lǐng)域的前列。“西方國(guó)家在分子模擬軟件技術(shù)中積累的時(shí)間很長(zhǎng)，我們中國(guó)人自己開(kāi)發(fā)的軟件幾乎無(wú)人問(wèn)津。但如今，我們有了‘彎道超車(chē)’的機(jī)會(huì)。”

楊奕說(shuō)，華為、深圳灣實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)、昌平實(shí)驗(yàn)室共同發(fā)起了MindSporeSPONGE科學(xué)計(jì)算項(xiàng)目，取得的成果包括多個(gè)分子模擬相關(guān)的軟件，比如名為“Aichemist”的人工智能分子模型通用架構(gòu)，以及AI原生分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件MindSPONGE。開(kāi)發(fā)者可以一邊在MindSpore中執(zhí)行訓(xùn)練，一邊在MindSporeSPONGE中進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，從而實(shí)現(xiàn)AI算法與分子模擬的無(wú)縫結(jié)合；MindSporeSPONGE項(xiàng)目還為分子科學(xué)提供了一套完整的程序框架和工具庫(kù)，為AI在分子科學(xué)中的應(yīng)用鋪平了技術(shù)上的道路。

“如果只是靠我們，完全無(wú)法實(shí)現(xiàn)這么大規(guī)模的工程性項(xiàng)目。可以說(shuō)，我們不僅僅實(shí)現(xiàn)了從0到1，還一次性做到了從0到90。昇思MindSpore幫我們攻克了科研中最大的難關(guān)。”

楊奕還說(shuō)，項(xiàng)目開(kāi)始不久之后北京大學(xué)、昌平實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)也加入進(jìn)來(lái)，大家一起基于MindSpore開(kāi)發(fā)和完善針對(duì)分子科學(xué)的各種科學(xué)計(jì)算程序，推進(jìn)軟件和昇騰硬件的適配工作，為打造一套基于人工智能的分子科學(xué)計(jì)算軟硬件平臺(tái)共同努力。

“像這樣的跨界合作，在以往的學(xué)術(shù)圈、科研圈是非常少見(jiàn)的。我希望未來(lái)學(xué)界和科技企業(yè)能多多聯(lián)合，將先進(jìn)的AI技術(shù)、算法框架引入更多科研院所，賦能產(chǎn)學(xué)研用。”他表示。

公開(kāi)資料顯示，作為開(kāi)源的新一代全場(chǎng)景AI框架，昇思MindSpore生態(tài)得到了快速發(fā)展，已成為國(guó)內(nèi)最具創(chuàng)新活力的AI開(kāi)源社區(qū)。

開(kāi)設(shè)網(wǎng)紅“暑期班”，架起AI人才培養(yǎng)橋梁

技術(shù)為根，人才為本。推動(dòng)產(chǎn)業(yè)繁榮的同時(shí)，人才培養(yǎng)也不能落下。

據(jù)楊奕介紹，從三年前開(kāi)始，昇思社區(qū)聯(lián)合深圳灣實(shí)驗(yàn)室和北京大學(xué)等多家合作單位共同開(kāi)設(shè)“MindSpore SPONGE暑期學(xué)校”，邀請(qǐng)全國(guó)高校和研究所的研究生和科研人員，來(lái)到線下以及線上參與基于人工智能的分子模擬課程學(xué)習(xí)，親眼見(jiàn)證AI框架及大模型如何賦能科學(xué)計(jì)算，還有機(jī)會(huì)直接動(dòng)手實(shí)操。

以今年舉辦的暑期學(xué)校為例，據(jù)統(tǒng)計(jì)，線上線下共有近千人參與。“很多學(xué)生在學(xué)習(xí)后，也希望在這分子科學(xué)方面有些建樹(shù)，或者用AI在自己的科學(xué)研究領(lǐng)域上有一些突破。”

楊奕說(shuō)，“我們的暑期學(xué)校，可以說(shuō)是毫無(wú)保留地向?qū)W生展示了我們最新的成果。線下課程結(jié)束后，我們還會(huì)把相關(guān)的資料、文件公開(kāi)分享到網(wǎng)站上，供感興趣的同學(xué)查閱。就目前來(lái)看，這樣主題的課程在國(guó)內(nèi)是很少見(jiàn)的，其公開(kāi)度、透明度也超乎了想象。”

而這樣做的目的，據(jù)他表示，是希望有更多高校人才借此了解昇思，開(kāi)拓視野；更重要的是，“我們希望能夠?yàn)橹袊?guó)人工智能和科學(xué)計(jì)算相關(guān)領(lǐng)域培養(yǎng)一些真正的人才，成為科技創(chuàng)新的帶頭人，未來(lái)改善我國(guó)科研領(lǐng)域中‘拿來(lái)主義’的現(xiàn)象。”楊奕指出。

在昇思MindSpore開(kāi)源社區(qū)開(kāi)放管理、系統(tǒng)化培訓(xùn)之下，截至目前，昇思開(kāi)源版本下載量超過(guò)551萬(wàn)，增速第一；昇思MindSpore開(kāi)發(fā)者已遍及全球，生態(tài)貢獻(xiàn)者超過(guò)2.1萬(wàn)人；共搭建有超過(guò)500個(gè)模型，包括東方.翼風(fēng)、MEGA-Protein等；支持900余篇頂會(huì)論文發(fā)表；325所高校開(kāi)設(shè)了昇思課程；40多家科研院所基于昇思進(jìn)行原生AI創(chuàng)新研究；服務(wù)超過(guò)5500個(gè)行業(yè)企業(yè)，覆蓋金融、醫(yī)療、制造、數(shù)字政府等領(lǐng)域。(許雋)

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