“天池”挖掘 宇內(nèi)探秘

危樓高百尺，手可摘星辰。

不敢高聲語(yǔ)，恐驚天上人。

李白的這首《夜宿山寺》道出了自古人們對(duì)太空探索的渴望。借本次國(guó)家天文臺(tái)與阿里云天文大數(shù)據(jù)聯(lián)合研究中心共同舉辦“天文數(shù)據(jù)挖掘”天池大賽的機(jī)會(huì)，我們拜訪了國(guó)家天文臺(tái)懷柔太陽(yáng)觀測(cè)站。在這個(gè)“手可摘星辰”的地方，深入了解一下，如何借助阿里云的大數(shù)據(jù)挖掘能力，去深入探索宇宙的秘密。

“天眼”尋天 數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)

國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施 500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST），位于貴州省黔南布依族自治州州平塘縣克度鎮(zhèn)金科村的“大窩凼”洼地

在本次活動(dòng)中，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員、信息與計(jì)算中心主任崔辰州博導(dǎo)向我們介紹了在天文觀測(cè)中遇到的數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)：

被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的FAST是世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡。理論上說(shuō)，F(xiàn)AST能接收到137億光年以外的電磁信號(hào)，這個(gè)距離接近于宇宙的邊緣。FAST這將是一個(gè)100億光年的數(shù)字宇宙。

在FAST早期科技的時(shí)候，將會(huì)采用漂移掃描的觀測(cè)模式，這種觀測(cè)模式會(huì)采用19波束的接收機(jī)，它的帶寬是400兆赫茲，通過(guò)1G的頻率進(jìn)行采料，原始數(shù)據(jù)的產(chǎn)生率是38個(gè)GB每秒，壓縮后會(huì)小大概是原來(lái)的1/5到1/6，也就是6GB每秒。進(jìn)入正式科學(xué)觀測(cè)后，每天將產(chǎn)生50TB（1TB=1000GB）的數(shù)據(jù)。這樣計(jì)算下來(lái)，每年會(huì)有數(shù)百PB（1PB=1000TB）的數(shù)據(jù)資料產(chǎn)生。國(guó)內(nèi)除了FAST，我們還有像郭守敬望遠(yuǎn)鏡、悟空天眼衛(wèi)星，以及在南極的天文臺(tái)等等很多的項(xiàng)目。這些國(guó)內(nèi)外的項(xiàng)目，其實(shí)帶給我們的就是大數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是天文學(xué)家做科學(xué)研究、探索宇宙奧秘的精神食糧。

現(xiàn)在一塊3.5英寸的存儲(chǔ)硬盤(pán)容量在8-12TB之間，以10TB來(lái)計(jì)算，數(shù)百PB的數(shù)據(jù)量，就至少需要數(shù)萬(wàn)塊硬盤(pán)來(lái)進(jìn)行支持。可以說(shuō)，“天文數(shù)字”一詞直觀體現(xiàn)了天文學(xué)面臨的首要挑戰(zhàn)：海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和超大規(guī)模計(jì)算。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，天文觀測(cè)相關(guān)的數(shù)據(jù)采集量將達(dá)到每年250億TB。在一般的數(shù)據(jù)中心中，即便是將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)，可能都是一件無(wú)能為力的事情。更何況還需要對(duì)這些海量的天文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從中挖掘出對(duì)我們有用的天文信息。

用云存儲(chǔ) 天文數(shù)據(jù)

云計(jì)算可以通過(guò)統(tǒng)一計(jì)算的方式提供出強(qiáng)大分析計(jì)算能力，還可以利用分布式存儲(chǔ)提供海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。這些天文數(shù)字的天文數(shù)據(jù)，是不是也可以通過(guò)云存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)呢？可是在國(guó)內(nèi)又哪家云計(jì)算廠商可以提供如此巨大規(guī)模的云計(jì)算系統(tǒng)呢？

阿里云直面了這個(gè)挑戰(zhàn)。阿里云自主研發(fā)的飛天超大規(guī)模通用計(jì)算操作系統(tǒng)，能夠?qū)偃f(wàn)級(jí)的服務(wù)器連成一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，提供強(qiáng)大的計(jì)算能力。2016年10月云棲大會(huì)·杭州峰會(huì)上，中科院國(guó)家天文臺(tái)與阿里云宣布結(jié)為戰(zhàn)略合作伙伴，雙方將共同開(kāi)展跨領(lǐng)域的前沿科學(xué)研究和應(yīng)用合作。成立“國(guó)家天文臺(tái)-阿里云天文大數(shù)據(jù)聯(lián)合研究中心”；共同完成中國(guó)虛擬天文臺(tái)上云項(xiàng)目，打造全生命周期的天文大數(shù)據(jù)管理與開(kāi)放共享平臺(tái)；開(kāi)發(fā)云上天文應(yīng)用軟件與服務(wù)；推進(jìn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的天文科普教育，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與大眾共享數(shù)字宇宙；針對(duì)光學(xué)天文、射電天文、數(shù)值模擬和數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用開(kāi)展深度合作等。雙方將以中國(guó)虛擬天文臺(tái)為抓手，逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)家天文臺(tái)科技資源“上云”。

阿里云總裁胡曉明表示：“中國(guó)射電望遠(yuǎn)鏡的能力，加上中國(guó)的計(jì)算能力，將通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)分享給全世界的天文科研工作者及愛(ài)好者。這正是我們所追求的普惠科技和無(wú)法計(jì)算的價(jià)值。

在阿里云國(guó)家天文臺(tái)的合作中，中國(guó)天文臺(tái)主節(jié)點(diǎn)已成功上云，涉及10億個(gè)天體的數(shù)據(jù)通過(guò)云端的虛擬天文臺(tái)向全球開(kāi)放，包括LAMOST郭守敬望遠(yuǎn)鏡。未來(lái)“中國(guó)天眼”FAST數(shù)據(jù)也將傳輸?shù)桨⒗镌粕?。上云后，虛擬天文臺(tái)生成數(shù)據(jù)產(chǎn)品的周期將由原來(lái)的180天縮短到20天；數(shù)據(jù)的處理效率提升了20多倍（由一周縮減為8小時(shí)）。

天池助力 探索宇宙

天文數(shù)據(jù)不只需要在云上進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)還需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而獲得對(duì)宇宙的新發(fā)現(xiàn)。這就需要借助非常精準(zhǔn)的大數(shù)據(jù)分析算法來(lái)對(duì)這些海量的天文數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的挖掘。然而對(duì)天文數(shù)據(jù)的分析，無(wú)論在中國(guó)還是在全球，都可以算得上是一個(gè)創(chuàng)舉，也都是處于摸索之中。如何為天文數(shù)據(jù)找到理想的數(shù)據(jù)分析算法，也是一個(gè)全新的天文科學(xué)探索課題。

天池大數(shù)據(jù)競(jìng)賽是阿里云為深度挖掘大數(shù)據(jù)分析潛力而推出的一項(xiàng)競(jìng)賽活動(dòng)，讓參賽選手用算法解決社會(huì)或業(yè)務(wù)問(wèn)題。在2018年1月19日，在國(guó)家天文臺(tái)-阿里云天文大數(shù)據(jù)聯(lián)合研究中心共同宣布啟動(dòng)“天文數(shù)據(jù)挖掘”天池大賽，面向公眾開(kāi)放天文科學(xué)探索課題，為選手提供云計(jì)算、人工智能技術(shù)，分析望遠(yuǎn)鏡收集的真實(shí)天文數(shù)據(jù)，大賽吸引了近千人報(bào)名。

我們?cè)谶@里也希望，通過(guò)這項(xiàng)賽事，可以為宇宙的探索尋找到適用的算法，讓“手可摘星辰”的夢(mèng)想可以早日實(shí)現(xiàn)。

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