中国科学报赵广立

中国科学报赵广立

作者 赵广立

大连理工大学生物工程学院教授徐永平近来感到非常愤懑。

7年前，团队在 PLOS ONE 上在线发表了一篇研究论文。近日，这篇论文被该杂志编辑宣布撤回，撤稿理由是：该研究违背了动物福利（不合理使用麻醉剂及不合理实施安乐死方法）的政策。

目前该论文所有在世的作者坚决不同意撤稿。

“拒绝撤稿的原因很简单， PLOS ONE 杂志的做法完全不可接受。虽然 PLOS ONE 编辑部自觉理亏——承认失误并对作者表示歉意，但仍未能基于我们提供的25件证据进行客观评价，而是主观武断地认为我们没有遵守实验动物伦理，简单粗暴地对待我们严肃的科研，是我们完全不能接受的。”徐永平在独家回应《中国科学报》时说道。

期刊与作者争执不下

那些涉及实验动物的科研项目，除了要遵守常规的学术规范外，还有一条不能触碰的红线，就是实验动物伦理。

该伦理公认遵循“3R”原则，即替代（Replacement）、减少（Reduction）和优化（Refinement）。

其中，“替代”是指“尽可能采用其他方法而不使用动物进行实验，或者优先使用低等动物而非高等动物进行实验”；“减少”是指“在不影响科研目的的情况下，尽可能地减少实验动物的使用数量”；“优化”是指“通过改进实验条件，优化实验技术路线，避免或减轻对实验动物造成的痛苦”。

“优化”与保障动物福利直接相关，要遵循“五项原则”：实验动物享有不受饥渴的自由，生活舒适的自由，不受（额外）痛苦、伤害疾病的自由，生活无恐惧和无悲伤的自由，表达天性的自由。

前述徐永平团队的研究，被质疑的正是“优化”这一点。

PLOS ONE 动物研究咨询小组的一位成员认为，因不合理使用麻醉剂或不合理实施安乐死方法，实验水貂有被剥夺动物福利保障的嫌疑。

编辑部提出“尽管水合氯醛被认为是不可靠的麻醉剂，并在已知其被描述为腹膜刺激物的情况下，仍通过腹腔注射给药”；此外他们还认为“研究中二氧化碳的使用不被认为是可接受的安乐死方法，文章中描述的人道终点可能不足以防止可避免的痛苦”。

针对这些质疑，《中国科学报》向世界动物保护协会科学顾问孙全辉寻求咨询。

后者表示，作者团队在麻醉剂的使用以及实验动物人道终点处置方面可能存在动物福利问题。他表示，从现有信息来看，实验没能遵循“优化”原则，也没有选择最适合实验动物的麻醉剂，这不仅影响实验动物的福利，也可能会影响研究结果的准确性。

不过，徐永平团队有不同意见。

徐永平向《中国科学报》表示：“关于 PLOS ONE 撤稿理由中提及的实验动物福利相关问题早在7年前的审稿阶段既已做出详细回应，之后论文被接收发表。接收发表本身就充分说明论文中的动物实验达到了 PLOS ONE 的伦理标准。如果 PLOS ONE 当初认为论文中的动物实验研究未达到他们所谓的伦理标准，他们当时完全可以拒稿，“我们也可以另投其他杂志”。

因此，对于上述指控，团队认为完全不可接受，且正在寻求法律途径向 PLOS ONE 编辑部进行申诉，“以维护中国科学家的尊严和声誉”。

一个著名案例：Nature高被引论文一样被撤

事实上，因“动物福利”原因被撤稿，徐永平团队并不是孤例。

一个著名案例发生在Nature上：哈佛大学医学院附属麻省总医院学者在2011年发表的一篇快报论文，也被指责违反了“优化”原则，未能保障实验小鼠不受额外痛苦，并最终遭撤稿。

2012年，原作者们在Nature上发表了一篇勘误，在更新部分图表的同时，上传了小鼠肿瘤图片。

没想到这张照片引起了更大的争议：只见实验中小鼠体内的肿瘤巨大，直径远超1.5cm，这严重违背了麻省总医院关于动物实验伦理的规定。

从作者的视角，实验组和对照组小鼠肿瘤生长速度、肿瘤大小差异越大，越能够得到更好的统计结果；但对于实验动物而言，肿瘤生长越大，则意味着越严重的精神和肉体苦痛。显而易见，它们没有得到应有的动物福利和伦理的关照。

不过，实验小鼠成瘤直径大小准则在不同研究机构是不同的。英国一研究小组在2010年发布的准则是不超过1.2cm，而美国部分研究机构的准则是不超过2cm。目前，业内普遍接受的小鼠肿瘤最大直径为1.5cm。

值得一提的是，被撤的这篇论文曾被综合性文献数据库Web of Science认定为高被引论文，引用率高居前1%。在数百次引用中，近半数是在2015年作者团队勘误后继续引用的。

动物福利，容易“踩坑”

因实验动物伦理及福利问题引发的争议，还有许多难以定论的“悬案”。

面对重重压力，论文作者向预印本平台bioRxiv提交了撤稿申请；但不久，作者又发文称，已向后者写信停止撤稿，并表示“没有做错什么，只是做了一次动物实验”。

多篇论文因实验动物伦理或福利保障问题陷入争议，也结结实实给大家提了个醒，这项工作如不在平时加以注意，很容易“踩坑”，甚至面临论文被撤回的风险。

一般而言，涉及动物实验的文章，规范的做法是要注明3个要点：要在实验过程严格遵守“3R原则”并在文章中写明，同时明确实验已通过实验动物伦理审查，并标注相应审批号。

然而现实情况是，这项工作在国内常被人忽略。

苏美洋依、邓巍于2020年发表在《中国比较医学杂志》上的《关于实验动物福利伦理审查的几点建议》中报道称，2015-2017年，我国有15种生物医学期刊的531篇涉及实验动物的文章中，只有115篇明确说明通过了本单位的动物伦理审查，其中仅13篇标注了审批号。

孙全辉告诉《中国科学报》，目前国内研究机构和高校等单位大都成立了动物伦理委员会，但实验动物福利保障措施还未完全落实到位，部分科研人员的动物福利意识也有待进一步提升。另外，一些机构虽然设立了动物伦理委员会，但经常流于形式，未能有效发挥保护动物福利的审核监督作用。

中国医学科学院医学实验动物研究所研究员高虹认为，中国科学成果不乏由于实验动物福利伦理问题遭到质疑，个别事件已影响到科学家在公众心目中的形象和公众对科学研究的认可度。中国科学家发表的论文被退回事件也时有发生，其中由于实验动物福利伦理问题遭到的质疑，严重影响了中国 科技 大国形象和 科技 创新能力提升。因此，重视动物福利伦理已是一个刻不容缓的问题。

参考资料：

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2.李丹，郭玉莹，邓昊，高珊，徐士欣. 实验动物麻醉剂使用的福利伦理问题研究进展[J]. 中国比较医学杂志, 2017, 27(9):87-91.

3.《学术不规范案例：引起动物福利伦理争议的动物实验》2019-06-13

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和CPU、GPU“三足鼎立”，DPU真有如此大的潜力吗？

作者 | 赵广立

近年来摩尔定律“失速”，使得中央处理器（CPU）的性能增长边际成本急剧上升。有研究数据表明，现在CPU的性能年化增长率（面积归一化之后）仅有3%左右。然而，人们对计算的需求依然爆发性增长。

在此背景下，包括人工智能（AI）芯片在内的专用计算芯片陆续登上 历史 舞台，绽放光芒。眼下，以数据为中心的专用处理器“DPU”正成为专用计算芯片的“新贵”。美国芯片巨头英伟达公司甚至将其定位为数据中心继CPU和图形处理器（GPU）之后的“第三颗主力芯片”，掀起了行业热潮。

和CPU、GPU“三足鼎立”，DPU真有如此大的潜力吗？它的应用场景有哪些？我国能抓住DPU发展机遇吗？近日，由中国科学院计算技术研究所（以下简称中科院计算所）主编，中科驭数（北京） 科技 有限公司、中国计算机学会集成电路设计专业组、计算机体系结构国家重点实验室联合编写的行业首部《专用数据处理器（DPU）技术白皮书》（以下简称《DPU技术白皮书》）发布。结合上述问题，《中国科学报》联系采访了主要编写人员一探究竟。

“DPU最直接的作用是作为CPU的卸载（offload）引擎，其效果是给CPU‘减负’。”《DPU技术白皮书》主编、中科院计算所研究员鄢贵海告诉《中国科学报》，作一形象比喻，DPU提供了数据中心一把“杀鸡”的工具，节省的是CPU这把“牛刀”，以释放CPU算力，留给更需要它的业务负载。

接管CPU的网络协议处理任务，就是一个很好的例子。鄢贵海说，比如在数据中心仅线速处理10G的网络，大概就需要一个8核高端CPU一半的的算力，而如果是40G、100G甚至更高速的网络，性能开销更大。

云计算巨头亚马逊云服务（AWS）形象地称之为“数据中心税”——还未运行业务程序，接入网络数据就要占去许多计算资源。

“DPU诞生的使命就是承载网络虚拟化、硬件资源池化等基础设施层服务，以释放CPU的算力到上层应用。”《DPU技术白皮书》编委会成员、中科驭数高级副总裁张宇解释说，将“CPU处理效率低下、GPU处理不了”的负载卸载到专用的DPU，就能实现对“数据中心税”的抵消，从而有助于提升整个计算系统的效率、降低整体系统的总体拥有成本。

张宇介绍称，DPU主要处理网络数据和输入输出（IO）数据，并提供带宽压缩、安全加密、网络功能虚拟化等功能。“这些可以说是离我们普通用户每天感知到的各种应用最远的功能了。而这些基础功能是实现日常应用更高效、更安全、更实时的保障。”

业界对DPU中的“D”有三种说法，因此DPU就有三个中文名。

一种是“Data”，DPU被称为“数据处理器”；一种是“Datacenter”，DPU译作“数据中心处理器”；一种是“Data-centric”，相应的，DPU可叫作“以数据为中心的处理器”。

“以上三种关于DPU的说法，从不同角度反映DPU的特征，都有一定的可取之处，我们认为可以作为不同的三个维度来理解DPU的内涵。”李晓维说。

“随着‘软件硬件化’成为常态，异构计算的潜能将因各种DPU的普及而彻底发挥出来。”《DPU技术白皮书》编委会成员、中科驭数联合创始人兼CTO卢文岩认为，新一代的DPU不仅可以作为运算的加速引擎，还具备“控制平面”（即追求数据处理功能的覆盖面）的功能，能更高效地完成网络虚拟化、IO虚拟化、存储虚拟化等任务，彻底将CPU的算力释放给应用程序。

“可以说，DPU的出现将让各行各业的业务层数字化应用更全面、更流畅、更绿色。”卢文岩说。

从市场规模角度来看，根据Fungible公司和英伟达公司的预测，用于数据中心的DPU量级将达到和数据中心服务器等量的级别。

“服务器每年新增大约千万量级，一台服务器可能没有GPU，但一定会有一颗或者多颗DPU，好比每台服务器都必须配网卡一样。”鄢贵海说，服务器每年新增大约1500万台，每颗DPU以1万元计算，这将是千亿量级的市场规模。

在这个千亿量级市场中，国际传统芯片巨头如英伟达、英特尔、Marwell、博通等厂商，都在积极布局DPU产品研发。

这些芯片巨头的布局并不意外，他们或有智能网卡研发基础（如博通）继续延伸技术触角，或通过并购专用加速芯片公司（如英伟达、英特尔）补充其在DPU领域的技术能力。相比它们，更值得一提的是，亚马逊旗下的AWS和阿里云两大云计算巨头，早已注意到数据中心开销问题，并已有了良好实践。

据《DPU技术白皮书》显示，2013年，AWS研发了Nitro产品，将为虚拟机提供远程资源、加密解密、故障跟踪、安全策略等服务程序的资源开销，全部放到专用加速器上执行，“轻量化管理程序+定制化硬件”的上场一举节省30%CPU资源。几乎在同期，阿里云也着手研发“神龙架构”（X-Dragon系统），以硬件化的MOC卡统一支持网络、IO、存储和外设的虚拟化，如今“神龙架构”已经更迭到了第4代。

“可见，DPU其实在行业内已经孕育已久，从早期的网络协议处理卸载，到后续的网络、存储、虚拟化卸载，其带来的作用非常显著，只不过在此之前DPU‘有实无名’，现在是时候迈上一个新的台阶了。”鄢贵海表示。

可喜的是，国内一些围绕DPU技术的创业公司也逐渐崭露头角。除了参与编写《DPU技术白皮书》的中科驭数之外，还有云豹智能、星云智联、芯启源、云脉芯联等新近成立的 科技 创业公司，展现出良好势头。

以中科驭数为例，这家创始团队来自中科院计算所的初创企业，在DPU理论基础、数据中心架构方面有着深刻理解，工程实现经验也因一些来自亚马逊、赛灵思、华为等核心骨干的加入，得到了很好的积累。2019年，中科驭数完成第一代DPU芯片的流片，预计将于2022年推出第二代DPU芯片“K2”。

“我们认为DPU的潜力确实是巨大的。”在鄢贵海看来，从技术发展的角度来看，DPU的出现有一定的必然性——上层应用对于算力的需求在过去5年急剧增长，使得DPU的应用场景很多，它将广泛分布在5G、云计算、大数据、数据中心和边缘计算等领域。

而从工业和信息化部今年发布的《新型数据中心发展三年行动计划(2021—2023年)》中，鄢贵海更是看到了新型算力芯片难得的 历史 发展机遇。

该计划明确提出要加快提升算力算效水平，“推动CPU、GPU等异构算力提升，逐步提高自主研发算力的部署比例”“加强专用服务器等核心技术研发”“树立基于5G和工业互联网等重点应用场景的边缘数据中心应用标杆”等要求和措施。

“虽然国内厂商在芯片产品化的环节相比国外一线厂商还有差距，但是在DPU架构的理解上是有独到的见解的，而且我国目前在数据中心这个领域，无论是市场规模、增速还是用户数量，相较于国外都有巨大的优势。”鄢贵海认为，国内厂商有望充分利用这一“应用势能”，加快发展步伐，在DPU这个赛道与国外厂商“逐鹿中原”。

不过，挑战与机遇并存。

“目前要解决DPU标准化应用，还存在一定挑战。”鄢贵海解释道，由于数据中心本身的复杂性，各大厂商一方面采用商用现货组件（即COTS）来构建系统，追求低成本，一方面又设法分层服务化，打造面向不用类型客户的标准化产品，但除此之外的所有技术实现几乎都是“八仙过海，各显神通”——如AWS有Nitro，阿里云有MOC。

欧阳明高院士：能“快充”又“安全”“长续航”？大家不要相信

作者 赵广立

“如果有人说他的电动车既能跑1000公里，又能几分钟充完电，还特别安全，成本又非常低，那大家不要相信，因为这在目前是不可能同时达到的。”

因为在此之前，广汽集团旗下广汽埃安官方刚刚发布消息称，其研发的名为3DG的石墨烯基超级快充电池技术可在8分钟内充满80%的电量，同时硅负极电池可让电动车续航1000公里。

将两种不同电池技术放在一起宣发，同时打出动力电池“快充”和“长续航”两个营销概念，广汽埃安这波操作引发行业哗然。无怪乎许多业内人士认为，欧阳明高上述言论正是针对于此。

电池材料创新尚待厚积薄发

日前，欧阳明高在回应《中国科学报》时表示：“1000公里可以实现，几分钟充满电且把电池做得很安全也有可能。但是，动力电池的比能量、快充性能和安全性、寿命等相互矛盾。当前技术条件下，一辆车既能续航1000公里和几分钟充满电，又能做到很安全，目前无法实现。”

欧阳明高提到，电池材料创新要平衡比能量、电池寿命、快充、安全、成本等相互矛盾的性能指标，这注定是一个厚积薄发的过程，“需要长期努力”。

不过他也赞同，目前中国纯电动 汽车 动力电池技术创新非常活跃，特别是创新模式，“正由政府主导驱动向市场驱动转型”。

“电池系统结构创新辅以电池单体材料改进，成为近年来中国动力电池技术创新的鲜明特征。”

欧阳明高介绍，刚开始主要是磷酸铁锂电池，续航里程偏低；后来能量密度高的三元电池实现工业化，车载电池能量大幅增加，电动车市场开始启动；不过，近年来受到安全问题限制，三元电池比能量提升没有大幅增长，因此行业转向电池系统结构创新。

在技术创新驱动下，欧阳明高谈道：“车载电池包的总能量和相应续航里程不断提升，正在向千公里迈进。”

但他也提到，虽然千公里续航并不是追求的主要目标，但电动 汽车 能量需求肯定还要上升，如冬天低温续航里程缩水就是一个能量问题。

“总体看，中国电动车环境适应性技术需求迫切。”欧阳明高说。

中国正引领国际电池技术发展

谈及乘用车电池技术创新，欧阳明高认为，中国电池行业正在引领国际电池技术发展。

“对于乘用车而言，关键是提升电池系统比能量，让轿车在有限空间内装更多电池。”欧阳明高介绍，从这个角度，中国企业做了许多有效努力。

如宁德时代CTP（单体到电池包）无模组系统、比亚迪刀片电池无模组系统，分别通过电池结构创新大幅提升成组效率，将单体到系统比能量打折的比值从0.4提到0.6。

他还举例，国轩高科推出“电池卷芯直接到模块技术”，进一步提高成组效率，“这些中国企业的创新，是中国电池行业引领国际电池技术发展的重要标志”。

“更进一步，未来可能还会有电池包直接作为底盘的结构件（如刀片电池包）或单体直接到车辆等。这些都有待进一步研究，创新潜力较大。”欧阳明高说。

或是中国赶超契机

回顾2020年，欧阳明高对于新能源 汽车 在“疫情年”取得的成绩非常满意。

“2020年是新能源 汽车 发展具有里程碑意义的年份。”欧阳明高说，“新能源 汽车 大规模进入家庭、实现了从政策驱动到市场驱动的转折、相关利好政策纷纷出台……特别是‘碳达峰’和‘碳中和’的提出，将强力驱动新能源 汽车 可持续发展。”

而从能源革命和工业革命视角来看，发展新能源 汽车 的战略意义也非常重大。

蒸汽机和火车为代表的第一次能源革命和内燃机和 汽车 为代表的第二次能源革命，都出现了新兴国家对传统强国的赶超。

欧阳明高认为，当前正处在以电能和氢能为载体的可再生能源驱动的第三次能源革命之中，“这也许是中国赶超的契机”。

他还提到，当前正处于第四次工业革命时期，这一时期以可再生能源为基础的绿色化和以数字网络为基础的智能化是其标志，推动集动力电动化、能源低碳化、系统智能化为一体的新能源 汽车 的发展，意义重大。

《中国科学报》 (2021-02-01 第 3版 能源化工 原题为《“快充”“安全”“长续航”仍难兼容》 )