清华大学团队蝉联高性能计算应用领域国际最高奖

2017 年 11 月 17 日 知识分子 知识分子

► 颁奖现场，从左至右：“戈登·贝尔”奖评委会主席Subhash Saini、清华大学地学系副教授付昊桓、计算机系博士生何聪辉、陈炳炜、计算机系副教授薛巍、山东大学教授刘卫国，以及ACM主席。

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11月17日，在美国丹佛举行的全球超级计算大会（SC2017）上，由清华大学地球系统科学系副教授付昊桓等共同领导的团队所完成的“非线性地震模拟”一举获得国际高性能计算应用领域最高奖“戈登•贝尔”奖（ACM Gordon Bell Prize。

这一成果是由清华大学地球系统科学系、计算机系与山东大学、南方科技大学、中国科学技术大学、国家并行计算机工程技术研究中心和国家超级计算无锡中心等单位共同完成。成果发表于今年的全球超级计算大会上，论文题目为《基于神威太湖之光的18.9-Pflops非线性地震模拟：实现对18Hz和8米的情景描述》(18.9-Pflops Nonlinear Earthquake Simulation on Sunway TaihuLight: Enabling Depiction of 18-Hz and 8-Meter Scenarios)，付昊桓为论文第一作者，付昊桓、何聪辉、薛巍以及陈晓非院士为论文共同通讯作者，作者还包括陈炳炜、殷泽坤、张振国、张文强、张庭坚、刘卫国、尹万旺和杨广文等，其中5人来自清华大学。

地震模拟工具可以实现对地震发生过程的重现与预测模拟，是科学家理解地震发生与传播规律的重要手段，对于降低与预防地震灾害所带来的巨大损失具有重要作用。而对于工程师来说，地震模拟结果还可以与其它技术结合，用于对地震高发区各项基础设施进行合理规划与设计，以提升城市规划的安全性，防患于未然。

基于神威太湖之光超级计算机的强大计算能力，项目团队成功设计实现了高可扩展性的非线性地震模拟工具。该工具充分发挥国产处理器在存储、计算资源等方面的优势，可以实现高达18.9PFlops的非线性地震模拟，也是国际上首次实现如此大规模下的高分辨率、高频率的非线性可塑性地震模拟。该工具首次实现了对唐山大地震（M7.8, 1976）发生过程的高分辨率精确模拟，使得科学家可以更好地理解唐山大地震所造成的影响，并对未来地震预防预测等研究具有重要的借鉴意义。

► 唐山大地震模拟结果图

除此之外，由付昊桓为第一作者的“全球气候模式的高性能模拟”研究也入围“戈登·贝尔”奖，两项研究占据了该奖2017年最后获提名总数的2/3。全球气候模式是理解全球气候变化规律、预测与预防未来极端气候灾害的重要工具。随着科学技术的不断发展，全球气候模式所包含的研究内容也变得更加丰富，由此带来了海量的模拟数据、巨大的模拟区域、以及复杂的变化过程等诸多问题。这些特征也使得实现高分辨率、高可扩展性与高性能的气候模式模拟变得更加具有挑战性；对优化方法、计算机性能等都提出了全新的要求。

针对这些挑战，由清华大学、北京师范大学和山东大学组成的联合研究团队，根据神威太湖之光超级计算机的系统特点，设计了从进程到线程的一整套优化方案，并对具有海量代码任务的经典大气模式CAM进行了重构设计，将其成功移植到了国产平台上，实现了千万核规模下25公里分辨率的模拟和每天3.4模式年的计算性能；对于模式的动力框架部分，更是实现了千万核规模下750米的分辨率能力，以及3.3PFlops的计算性能。基于该工作的研究成果，研究团队实现了对卡特里娜飓风整个生命周期的准确模拟。作为对真实应用的大规模数值模拟，该工作的成功完成对于未来面向E级（百亿亿次）计算系统的应用发展具有重要借鉴意义，并在程序设计、优化方法等方面提供了宝贵的经验。

► 25km高分辨率全球大气模式对卡特里娜飓风的模拟

未来，清华大学地球系统科学系将立足自身学科特点，推动我国地球系统模式与高性能计算的学科交叉和合作研究，培养面向地球系统模式发展的青年人才。依托神威太湖之光超级计算机，清华大学的科研团队也将继续在生物医药、机器学习、航空航天、工业制造、气候模拟、新材料和新能源等多学科领域交叉，支持国家重大科技应用、先进制造等领域解算，开展更多具有挑战性的应用课题，为中国地球系统科学领域做出贡献。

清华大学负责运营的“神威·太湖之光”在今年全球超级计算大会上公布的500强榜单中卫冕世界第一，“神威•太湖之光”超级计算机的四连冠，也是我国国产超算系统在世界超级计算机冠军宝座的十连冠。

高性能计算应用最高奖 ——“戈登•贝尔”奖，设立于1987年，由美国计算机协会于每年11月在美国召开的超算领域顶级会议颁发，旨在奖励时代前沿的并行计算研究成果，特别是高性能计算创新应用的杰出成就，被誉为“超级计算应用领域的诺贝尔奖”。