绿色冬奥背后的中国科技力量跃迁————联想高性能计算、温水水冷技术筑梦绿色奥运

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<article><section data-type="rtext">摘 要：本案例描述了备战北京冬奥会期间，为克服冬奥会历史上首个位于大陆性季风气候赛区的气候挑战，承担冬奥会气象保障任务的北京市气象局采用了联想的高性能计算系统，来确保冬奥会精准的气象预报，助力奥运健儿赛出好成绩，践行绿色奥运的使命。凭借强大的科技力量支撑，本次冬奥会气象预报可以帮助运动员提前24小时接收场馆的气象数据，甚至可以精确到分钟级和百米级。相较于2018年冬奥会，每隔15分钟更新一次的数据，2022年冬奥会的气象预报可以做到每隔10分钟更新一次，部分甚至可以做到每分钟更新，这也是冬奥会赛事服务史上的最高标准。关键词：联想；温水水冷解决方案；冬奥；气象保障；绿色智能；绿色低碳；节能减排；碳中和；案例正文：2021年2月，在北京2022年冬奥会倒计时一周年来临之际，相约北京系列冬季体育赛事气象服务保障动员部署会便紧锣密鼓的召开了，动员部署会将全面检查冬奥气象服务保障准备情况。由于冬奥会众多项目都需要在户外雪地中进行，气象环境对运动员的发挥影响显著。而高性能计算所带来的精准预测及定位将帮助运动员规避天气突然变化所带来的“听天由命”的风险，提前做出正确的战术布局和精准动作，助力运动员赛出好成绩，不负4年辛苦训练。史无前例的气象预报挑战世界上已建成的高山滑雪场馆大都处于海洋性气候地区，全年气候温和潮湿。但张家口崇礼和北京延庆都是冬奥会历史上首个位于大陆性季风气候带的赛区，气温更低，日夜温差大；风速更大，风向更替明显；这对气象预报的精准性、及时性提出了很高的要求和挑战。影响雪上赛事的气象因素主要是风向、风速和能见度，以及暴雪、大雾、低温等灾害性天气。当遇到大雾天气，能见度甚至低至2米，运动员站在起滑点甚至看不到自己的跳台，只能依靠直觉和之前训练的经验来做动作，这对于运动员的心理素质和生命安全都是巨大考验。一般来说，运动员需要在临近起滑前精准的知道当下的天气情况。以自由式滑雪空中技巧赛为例，男子运动员的时速需要达到70迈才能够完成特定难度的技术动作，多一迈、少一迈，对这一跳的成功率都会有影响。我国滑雪名将徐梦桃在平昌冬奥决赛中就曾遭遇强逆风，因起滑速度不够导致“三周跳”技术动作出现严重失误，最终憾失奖牌。早年间由于技术受限，运动员在赛前得到的天气预测信息相当有限，仅能够得到小时级的天气情况，无法得知起滑点等具体空间的天气状况；教练员为运动员制定策略，安排战术都会因此受到限制。最理想的气象预报需要精准到分秒级，运动员如果能够掌握雪道的每一个位置的温度、风速、风向等信息，就能做出精准的动作，取得更好的成绩。预知气象的“科技神算子”为了帮助冬奥会运动员提前24小时接收到冬奥场馆的气象数据，承担冬奥会气象保障任务的北京市气象局采用了联想的高性能计算系统，满足了7*24小时无休的天气、气候及环境气象业务应用需求，兼顾试验和业务研发的应用需求，实现了气象预报的大升级。这些气象数据可以让运动员提前24小时接收场馆的气象数据，甚至可以精确到分钟级和百米级，成为了名副其实的“科技神算子”。相较于2018年冬奥会，每隔15分钟更新一次的数据，2022年冬奥会的气象预报可以做到每隔10分钟更新一次，部分甚至可以做到每分钟更新，这也是冬奥会赛事服务史上的最高标准。更重要的是，北京气象局通过配置新的联想高性能计算系统，在算力提升20倍的同时，能耗相比以往降低了42%，用实际行动履行“绿色奥运”的共同理念。然而，亮眼成绩单的背后，却是不为人知的挑战与科技实力的支撑。在北京冬奥会的比赛场地，联想高性能计算团队协助气象保障团队，克服了各种困难，在赛场内和周边，尤其是赛道的出发点、起跳点、结束点等重要位置布置了一系列可以实时采集、定时传输数据的自动气象站，用来监测各个重点位置的气象信息。以监测点的密度来说，这样的部署已远远超过常规气象监测的要求。此外赛场周边更大范围还部署了已建或新建的各类监测点，多种手持车载飞行的移动监测设备，甚至远在太空中的气象卫星等等，都会实时传回各种动态的气象监测信息。数据之多之复杂，对算力带来了极大考验。此时超级计算机的登场可以帮助气象部门把纷繁复杂的观察资料梳理得井然有序，再和常规气象数据进行组合，从而展现出真实的气象状态。气象部门会把最新收集起来的一系列温湿压力等气象物理参数导入到联想高性能计算系统当中，依靠强大算力，模拟出未来一段时间某一地区的天气气候模型，从而为气象预报提供精准依据。在这个项目中，联想会把某一区域的大气分割成一个个立方网格，基于之前导入的参数和物理规律，模拟它们之间的相互运动趋势。要做到高精度的模拟，就要把立方网格切得更细，时间片段也要截得更碎，但这样一来，运算量就会发生指数级飙升。从联想在北京冬奥会中递交的模拟结果来看，预报结果覆盖了所有场馆范围，未来24小时内精确到每百米的气象预测，针对每赛道的关键点，都可以根据数据进行预测，甚至可以每分钟算完整套模拟计算，树立了中国气象行业的数值预报系统的标杆。 之所以能够做到这一点，凭借的就是联想超性能计算2.69PF的计算能力。这是什么概念呢？用每秒2690万亿次的浮点运算，来对比家用双核计算器每秒50亿次的水平，联想升腾X9000  1分钟的运算成果，换到家用双核计算器计算则需要1年的时间。这正是“神算子”可以做到每分钟更新数据的秘诀所在。<img data-alt="联想高性能计算解决方案" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/2854875109f80464d543c5f11a3dc68cu1.png?imageView2/2/w/1260" />绿色奥运的“科技神助攻”众所周知，高性能计算数据中心是超高耗能耗电的。据统计，全国的数据中心一年要用掉相当于两个半三峡水电站的年发电量，一座超大型数据中心的年耗电量就可以超过30万人口的城市。在如此高耗能的情况下，联想高性能计算是如何做到算力提升20倍的同时，能耗却比以往降低了42%，实现了“绿色奥运”的初衷？这就一定要隆重介绍这位“科技神助攻”：联想温水水冷技术。联想自主研发的温水水冷技术汇聚了材料学、微生物学、流体力学、传热学等科研结晶，目前已经成为降低数据中心能耗最可靠与可行的方案之一。联想温水水冷技术，利用纯净水作为冷媒，采用间接式液冷方式对计算机服务器进行冷却，对CPU、GPU等采用微通道（通道当量直径在10~1000μ）散热器，针对内存、较低功耗的I/O板卡等部件采用导热板散热技术。温水水冷技术通过减少对空调和散热器的需求，可节约40%以上的能耗成本，热量还可以循环利用，给机房、社区加热，同时噪音也比风冷低很多。与普通的风冷系统PUE2.0相比，联想PUE（数据中心总能耗/IT设备能耗）可以做到1.2甚至1.1以内，即1度电用于计算，只要0.1度电或者是0.2度电用于散热，能源再利用效率ERE更是达到了业界领先。联想温水水冷技术融合科学计算和智能计算，打造覆盖全行业的绿色低碳的智能基础设施解决方案，开启了高性能计算的绿色智能化新时代，为践行绿色奥运提供科技支撑。 绿色低碳智能算力展现科技实力除了为冬奥会气象预测保驾护航，联想所升级的预报能力还会造福普通人工作与生活。目前该技术已在教育科研、能源电力等多个领域，积累了诸多行业认可的最佳实践，同时为气象领域进一步提高天气预报精确度和精准度提供了宝贵的经验。据了解，联想温水水冷技术方案已经在马拉西亚气象局、瑞典于默奥大学北部高性能计算中心、哈佛大学文理学院计算中心、维也纳科学集群、德国莱布尼茨高性能计算中心、北京大学高性能计算系统“未名1号”等多领域实现了广泛应用，创造了节能减排、低碳环保的全球行业价值。近日，联想“温水水冷服务器”再次入选工业和信息化部编制的《国家绿色数据中心先进适用技术产品名录（2020）》，这是自2018年以来联想连续三年入选该名录。同时，信通院联合联想等公司申报的“《数据中心液冷服务器系统总体技术要求和测试方法》等6项团体标准”荣获“2021年度中国通信标准化协会CCSA科学技术奖”。<img data-alt="联想“温水水冷服务器”入选《国家绿色数据中心先进适用技术产品名录（2020）》" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/5bb8107a532ccfb2b7698310b59f656eu1.png?imageView2/2/w/1260" /><img data-alt="联想荣获“2021年度中国通信标准化协会科学技术二等奖”" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/4e46d914cd60024a98760433ce631a2bu1.png?imageView2/2/w/1260" /></section></article>

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