新數(shù)據(jù)時代，科研需要什么樣的創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施

一直以來，從腦疾病的研究到大腦功能的解密，科學(xué)家從未停止過對大腦探索的步伐。在華中科大蘇州腦空間信息研究院，科學(xué)家們正在做一件對于腦科學(xué)研究具有里程碑意義的事情：繪制一張可能是世界上最復(fù)雜的“地圖”——靈長類全腦的三維圖譜。

以小鼠三維腦圖譜為例，科學(xué)家們通常先對小鼠進行腦成像：將鼠腦標(biāo)本固定，用金剛刀從上至下、從左至右，將鼠腦標(biāo)本順次切成1微米厚度的薄片，一邊切片一邊拍照，照片實時存儲到計算機系統(tǒng)之中。當(dāng)鼠腦成像結(jié)束，腦科學(xué)家再根據(jù)這些二維照片合成三維腦圖譜。

一個小鼠全腦有超7000萬個神經(jīng)元，繪制小鼠腦圖譜需要15380張圖片，未壓縮的數(shù)據(jù)量高達(dá)8TB。人腦的體積大約是小鼠腦的1500倍，擁有860億個神經(jīng)元，人腦的三維圖譜數(shù)據(jù)量將會再提升幾個量級。

現(xiàn)如今，單純的腦成像已經(jīng)不成問題，但成像之后巨大的數(shù)據(jù)量如何存儲和分析成為當(dāng)下腦科學(xué)等多個科研領(lǐng)域最為棘手的挑戰(zhàn)。

是什么阻礙了“腦洞大開”

華中科大蘇州腦空間信息研究院所遇到的情況是科研機構(gòu)在新數(shù)據(jù)時代下的一個縮影。

一方面，得益于國家經(jīng)濟實力的不斷提升，科學(xué)研究投入持續(xù)加大。根據(jù)《2019年全國科技經(jīng)費投入統(tǒng)計公報》顯示，2019年全國研究與試驗發(fā)展經(jīng)費首次突破2萬億元，達(dá)到22143.6億元，同比增長12.5%。

另一方面，數(shù)字化正在改變科研模式，過去相對薄弱的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施開始面臨升級，亟需符合未來研發(fā)需求的新型基礎(chǔ)設(shè)施。正如發(fā)改委今年首次明確了新基建的范圍，將支撐科學(xué)研究等具有公益性質(zhì)的重大科技、科教基礎(chǔ)設(shè)施劃分為創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施，屬于新基建未來重點投入方向。

“當(dāng)前科研領(lǐng)域在存儲等基礎(chǔ)設(shè)施方面主要有容量、性能和穩(wěn)定性三個典型挑戰(zhàn)。”華中科技大學(xué)計算機學(xué)院院長馮丹教授在浪潮云數(shù)智中國行武漢峰會上如是說。

華中科技大學(xué)計算機學(xué)院院長馮丹教授

與其他行業(yè)相比，數(shù)據(jù)在科研領(lǐng)域的生產(chǎn)要素屬性更加快速顯現(xiàn)。科研數(shù)據(jù)往往具有數(shù)據(jù)密集型范式的特點，具有數(shù)據(jù)量巨大的特征。以目前世界上靈敏度最高的射電望遠(yuǎn)鏡中國天眼項目為例，每天產(chǎn)生約500TB的零級未壓縮數(shù)據(jù)，預(yù)計未來十年數(shù)據(jù)量將超過100PB，對長期運行產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進行存儲與計算分析正在深刻改變其科研模式，如何存儲與保護這些海量數(shù)據(jù)就成為巨大挑戰(zhàn)。

此外，隨著海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，科研機構(gòu)通常希望能夠讓數(shù)據(jù)采集、處理和存儲的速度提升，以更好、更快支撐起科學(xué)研究。馮丹教授表示：“科研項目對于性能一直很關(guān)注。早年前，像新材料研發(fā)這些研究可能數(shù)據(jù)量不會很大，但對于后端存儲性能要求極高?，F(xiàn)在，科研的數(shù)據(jù)量普遍很大，對于存儲性能的要求就更高了?！?/p>

例如，華中科大蘇州腦空間信息研究院存儲人腦三維圖譜數(shù)據(jù)，如果采用之前的成像系統(tǒng)，一臺系統(tǒng)至少需要花費20年時間才能完成數(shù)據(jù)的采集，這無疑是當(dāng)前科研機構(gòu)們所不能接受的，因此需要存儲具有分布式橫向擴展能力，提升其并發(fā)性能，讓數(shù)據(jù)的采集與分析更加快速，確保其研究項目的高效。

第三就是穩(wěn)定和可靠，科研數(shù)據(jù)除了數(shù)據(jù)量之外，高質(zhì)量與完整性也至關(guān)重要，因此對于存儲系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性要求越來越高。存儲越穩(wěn)定和可靠，意味著對高質(zhì)量科研數(shù)據(jù)的存儲與完整就越有保障。

以清華大學(xué)RUSH腦成像研究項目為例，其對擁有1億神經(jīng)元的小鼠大腦進行研究，28臺1200萬像素相機以每秒30幀、連續(xù)72小時的方式對小鼠進行拍攝，每天將產(chǎn)生2.7PB左右的數(shù)據(jù)，最后將這些圖片拼接成三維圖像序列，存儲系統(tǒng)需要滿足最長72小時拍攝過程中PB數(shù)據(jù)不丟幀。

事實上，在新數(shù)據(jù)時代加速到來的今天，包括科研領(lǐng)域的各行各業(yè)都在加快數(shù)字化的步伐，也直接驅(qū)動著存儲等基礎(chǔ)設(shè)施走向新的變革。

為數(shù)字化提速，存儲有哪些重要趨勢

當(dāng)下，數(shù)據(jù)正在成為最重要的生產(chǎn)要素，是數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級的基礎(chǔ)。年初的《關(guān)于構(gòu)建更加完善的要素市場化配置體制機制的意見》報告中首次新增“數(shù)據(jù)”要素，并指出要發(fā)揮“數(shù)據(jù)”這一新型要素對其他要素效率的倍增作用，使數(shù)據(jù)成為推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的新動能。

這恰恰是新數(shù)據(jù)時代到來的體現(xiàn)。就像科研領(lǐng)域越來越重視數(shù)據(jù)一樣，各行各業(yè)都渴望充分利用數(shù)據(jù)的價值、為數(shù)字化提速，使得與數(shù)據(jù)密切打交道的存儲呈現(xiàn)出重要的新趨勢。“在數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸性增長的趨勢下，隨著算力的提升和數(shù)據(jù)的積累，大數(shù)據(jù)智能成為發(fā)展趨勢，也給存儲系統(tǒng)帶來一系列新變化。”馮丹教授直言。

馮丹教授介紹，存儲在PCM、3D NAND、3DXPoint等芯片器件上創(chuàng)新，將進一步帶動存儲設(shè)備、系統(tǒng)、架構(gòu)和軟件的創(chuàng)新，“面向大數(shù)據(jù)的存儲首先是以數(shù)據(jù)為中心，圍繞數(shù)據(jù)做相應(yīng)處理，其次是近數(shù)據(jù)處理，在離數(shù)據(jù)最近的地方做處理，減少數(shù)據(jù)傳輸帶來的性能損耗；第三則是實現(xiàn)存算一體化或存算融合，直接在存儲中進行處理。另外，智能相關(guān)技術(shù)也會加速融入到存儲系統(tǒng)之中，提升存儲系統(tǒng)性能、可管理性等。”

浪潮存儲作為近年來存儲市場上快速崛起的代表廠商，則認(rèn)為未來存儲的發(fā)展理念是“云存智用，運籌新數(shù)據(jù)”，在趨勢上為：云、閃、智。

首先是“云存”，即存儲需要與云進行全面對接。云計算已經(jīng)走向普及，企業(yè)上云的趨勢不可阻擋，混合或者多云環(huán)境將會成為常態(tài)。無論是公有云還是私有云，存儲層實現(xiàn)對它們的對接，將極大有利于數(shù)據(jù)的流動。葉毓睿介紹：“存儲與私有云管理平臺的對接，有利于私有云管理平臺按需驅(qū)動存儲資源的創(chuàng)建、調(diào)整、優(yōu)化甚至回收；而存儲與公有云對接，則有利于更好地使用公有云彈性的資源，讓數(shù)據(jù)流動起來。”

另外，存儲加速實現(xiàn)全閃化也是大勢所趨。借助于閃存介質(zhì)成本的不斷下降、NVMe、RDMA等與閃存相關(guān)的技術(shù)逐漸走向成熟，閃存在存儲系統(tǒng)中的門檻愈發(fā)下降。隨著基于閃存介質(zhì)的技術(shù)堆棧走向完善，全閃存存儲在性能、功能和容量三者之間有望實現(xiàn)“魚與熊掌可兼得”，有望在更多用戶中得到落地。

第三則是存儲快速邁向智能化。一方面，存儲自身會融入更多人工智能技術(shù)，根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載、運維管理等數(shù)據(jù)特征，進行不斷的學(xué)習(xí)與優(yōu)化，從而提供更加精準(zhǔn)的預(yù)警信息和執(zhí)行動作。馮丹教授也表示：“融入智能化是存儲的大勢所趨。例如，華中大在研究的主動對象存儲技術(shù)中，最主要體現(xiàn)的就是智能性，讓存儲系統(tǒng)并不是簡單的啞設(shè)備被動響應(yīng)請求，而是會根據(jù)歷史負(fù)載預(yù)測未來趨勢，讓存儲系統(tǒng)可以感知應(yīng)用需求，然后采用不同的策略更好地服務(wù)不同的應(yīng)用?！?/p>

另一方面，AI技術(shù)正在加速落地，但AI準(zhǔn)備、訓(xùn)練、推理和歸檔等各階段的IO特征不同，對于存儲需求也不同，將會進一步推動AI存儲產(chǎn)品加速到來?！袄?，AI在模型訓(xùn)練階段的IO特征為高并發(fā)、以讀為主的小IO；而推理階段的IO特征是讀寫混合，要求存儲延時低，能夠快速響應(yīng)?！比~毓睿補充道。

為“新數(shù)據(jù)時代”做好準(zhǔn)備

IDC《2019年數(shù)據(jù)及存儲發(fā)展研究報告》中指出，新數(shù)據(jù)時代表現(xiàn)出的新數(shù)據(jù)特征：數(shù)據(jù)增長、企業(yè)對實時數(shù)據(jù)需求增加、多云部署模式成趨勢、多元和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)成為常態(tài)。從本質(zhì)上來看，存儲需要為用戶在新數(shù)據(jù)時代下更好地存好、用好和調(diào)度好數(shù)據(jù)，為其數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級提供支撐。

在眾多廠商中，浪潮存儲近年來已經(jīng)成為市場中一股不可或缺的力量。根據(jù)IDC最新數(shù)據(jù)顯示，浪潮存儲在今年第二季度出貨量躍居中國第二，增長速度位列中國第一，并且增速遠(yuǎn)超其他廠商。這背后是浪潮存儲致力于幫助用戶為“新數(shù)據(jù)時代”做好準(zhǔn)備的戰(zhàn)略布局。

浪潮集團云數(shù)智中國行

浪潮存儲在戰(zhàn)略上提出了“云存智用，運籌新數(shù)據(jù)”的理念，打造存儲平臺戰(zhàn)略，重點發(fā)展分布式存儲和閃存存儲等新存儲，并致力于打造存儲七大極致能力，更好地幫助用戶在多元化、應(yīng)用復(fù)雜化的數(shù)據(jù)全局中將數(shù)據(jù)存好、用好和調(diào)度好，更好地發(fā)揮出數(shù)據(jù)價值。

為更好地支撐起“云存智用，運籌新數(shù)據(jù)”理念，浪潮存儲在過去幾年投入了20億元巨資攻關(guān)存儲核心技術(shù)的突破，比如浪潮存儲幾年前開始布局閃存盤，其NVMe SSD已經(jīng)在浪潮服務(wù)器中進行搭載售賣，接下來還會在集中式存儲和分布式存儲中搭載；另外，浪潮存儲在存儲架構(gòu)上將致力于打造出融合分布式和集中式架構(gòu)優(yōu)勢的新存儲架構(gòu)，以實現(xiàn)“一個數(shù)據(jù)中心，一套存儲”的愿景目標(biāo)。

浪潮存儲短短幾年的飛速成長，同樣離不開強大人才體系的打造。浪潮存儲從過去幾十人的規(guī)模如今成長為上千人的團隊，其研發(fā)、市場、銷售人才體系不斷充實與壯大。此外，浪潮存儲還注重與華科大等高校、科研機構(gòu)緊密合作，共同攻關(guān)存儲多項核心技術(shù)的突破。

未來，隨著新基建的建設(shè)逐漸深入，千行百業(yè)必然會在數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施層迎來更大的變化，存儲作為新基建中的基石，其作用與價值將會得到進一步提升。如何為千行百業(yè)提供符合“新數(shù)據(jù)時代”的產(chǎn)品與解決方案，浪潮存儲“厲兵秣馬”，已經(jīng)做好準(zhǔn)備。

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