近日，科技日報成果版對我校和北京大學(xué)等聯(lián)合研制的探針計(jì)算機(jī)進(jìn)行報道，現(xiàn)將全文轉(zhuǎn)載如下：

圖為由北京大學(xué)和北京工商大學(xué)等聯(lián)合研制的探針計(jì)算機(jī)。受訪單位供圖

◎本報記者 華 凌  孫明源

近日，由中國電子學(xué)會組織的“求解NP-完全問題的專用計(jì)算機(jī)——探針計(jì)算機(jī)”科技成果鑒定會在北京工商大學(xué)召開。由中國科學(xué)院院士、華東師范大學(xué)何積豐領(lǐng)銜的鑒定委員會對北京工商大學(xué)計(jì)算機(jī)與人工智能學(xué)院院長許進(jìn)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)等團(tuán)隊(duì)研發(fā)的成果進(jìn)行全面評估。鑒定委員會一致認(rèn)定，該成果研制難度大、原創(chuàng)性強(qiáng)、復(fù)雜度高，探針計(jì)算機(jī)計(jì)算模型、三級異構(gòu)架構(gòu)、轉(zhuǎn)編系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)達(dá)國際領(lǐng)先水平。

探針計(jì)算機(jī)的應(yīng)用效果究竟如何？“以前鐵路網(wǎng)出現(xiàn)突發(fā)情況需要調(diào)整線路時，調(diào)度員半小時都協(xié)調(diào)不了新路線。應(yīng)用探針計(jì)算機(jī)后，幾分鐘不到，幾千個軌道節(jié)點(diǎn)的調(diào)度方案就被算得明明白白，效率明顯提升，而且耗電量還大幅減少。”許進(jìn)在接受科技日報記者采訪時介紹道。

運(yùn)算速度提升1萬倍

在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，有一類讓科學(xué)家們頭疼不已的“世紀(jì)難題”——求解大規(guī)模復(fù)雜難解問題（NP-完全問題）。NP-完全問題具有一個顯著特征：當(dāng)問題規(guī)模稍微增大時，所需的計(jì)算量就會呈指數(shù)級增長。這就像試圖解開一個超級復(fù)雜的魔方：每增加一個方塊，可能的組合方式就會急劇增長。NP-完全問題看似離生活很遠(yuǎn)，卻實(shí)實(shí)在在影響著未來天氣預(yù)報、物流效率甚至城市交通。因其計(jì)算復(fù)雜度極高，一直制約著諸多關(guān)鍵領(lǐng)域的發(fā)展。探針計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為解決這類世界級難題帶來新契機(jī)。

許進(jìn)介紹，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在處理NP-完全問題時，往往力不從心。就像用算盤來計(jì)算衛(wèi)星軌道一樣，雖然理論上可行，但實(shí)際上效率太低。這也正是探針計(jì)算機(jī)的突破所在——它找到了一種全新的計(jì)算模式來解決這些棘手問題。

研究團(tuán)隊(duì)公布的測試數(shù)據(jù)顯示，探針計(jì)算機(jī)在求解“圖的3著色問題”方面表現(xiàn)優(yōu)異，其性能較傳統(tǒng)方法提升了4個數(shù)量級，即運(yùn)算速度快了整整1萬倍。“圖的3著色問題”簡單說就是給一張有2000個頂點(diǎn)的圖染色，要求相鄰頂點(diǎn)顏色不同，并且用的顏色數(shù)最少。探針計(jì)算機(jī)僅需54秒即可完成。同樣的計(jì)算任務(wù)，使用當(dāng)前國際主流的Gurobi求解器計(jì)算半個月仍難以得到答案。

這一突破性進(jìn)展的意義不僅在于速度的提升，更在于它為求解NP-完全問題提供了新的途徑。正如許進(jìn)所說：“這就像是在計(jì)算領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了一條新的高速公路，讓我們能夠以前所未有的速度到達(dá)目的地。”

許進(jìn)介紹，探針計(jì)算機(jī)采用并行計(jì)算架構(gòu)：在控制層，作為“大腦”統(tǒng)籌任務(wù)調(diào)度，智能分配計(jì)算資源；在探針計(jì)算層，由數(shù)十至數(shù)百個計(jì)算單元組成“并行矩陣”，每個單元如同獨(dú)立“解題探針”，同時對海量可能性進(jìn)行探索，通過競爭機(jī)制篩選最優(yōu)解。

這種“讓數(shù)據(jù)自己找答案”的模式，為復(fù)雜計(jì)算問題提供了全新的解決思路。

具有廣闊應(yīng)用空間

據(jù)了解，探針計(jì)算機(jī)的研發(fā)由理論、軟件及硬件三部分構(gòu)成，其中理論與軟件部分由北京大學(xué)聯(lián)合中南大學(xué)和廣州大學(xué)完成，硬件部分由北京工商大學(xué)完成。

目前，探針計(jì)算機(jī)已經(jīng)有了原型機(jī)——EPC60系統(tǒng)。然而，許進(jìn)團(tuán)隊(duì)沒有滿足于此。“這才是開始，以后這個計(jì)算機(jī)能幫人類解決更多麻煩事。”許進(jìn)說，團(tuán)隊(duì)的下一步計(jì)劃是讓更多人可以使用探針計(jì)算機(jī)。

據(jù)了解，科研人員為了讓機(jī)器更能“扛活”，他們將探針計(jì)算機(jī)的并行單元從60個升級到1000個，并通過給不同行業(yè)設(shè)計(jì)“定制探針計(jì)算機(jī)”，研發(fā)了服務(wù)于銀行風(fēng)險預(yù)測、天氣預(yù)測、科學(xué)研究等的專用探針計(jì)算機(jī)。

例如，為了更好地理解蛋白質(zhì)的功能，科學(xué)家們需要對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測，即用計(jì)算機(jī)算出一串氨基酸“字母”折疊成的3D形狀，這直接決定其是否可治病或致病。而蛋白質(zhì)像一團(tuán)由上千個小零件（氨基酸）組成的“分子折紙”，要找出它折疊后的正確形狀，相當(dāng)于在銀河系里找到一粒特定的沙子。面對如此浩瀚的計(jì)算任務(wù)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要一個一個試。而探針計(jì)算機(jī)的計(jì)算原理猶如派出幾百萬只“納米機(jī)器人”，可同時探索所有可能的折疊路徑。基于探針計(jì)算機(jī)的蛋白質(zhì)專用計(jì)算架構(gòu)，復(fù)雜蛋白質(zhì)折疊的預(yù)測有望大幅提速。

而在中醫(yī)藥方劑研發(fā)中，尋找最優(yōu)藥物配伍組合面臨巨大挑戰(zhàn)。中藥間的相互作用復(fù)雜多變，加上劑量調(diào)整帶來的變量，使得可能的組合數(shù)量呈指數(shù)級增長，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)試錯方法的計(jì)算極限。未來，探針計(jì)算機(jī)可憑借其超強(qiáng)的并行計(jì)算能力，在極短時間內(nèi)完成海量搜索，用于新方劑法和經(jīng)典方劑優(yōu)化，大幅縮短藥物研發(fā)周期，推動中醫(yī)藥從經(jīng)驗(yàn)探索邁向精準(zhǔn)計(jì)算時代。或許在不久的將來，探針計(jì)算機(jī)還會像手機(jī)一樣常見，讓人們的生活更方便、更智能。

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