清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)蟬聯(lián)高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域國(guó)際最高獎(jiǎng)
? 頒獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)，從左至右：“戈登·貝爾”獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)主席Subhash Saini、清華大學(xué)地學(xué)系副教授付昊桓、計(jì)算機(jī)系博士生何聰輝、陳炳煒、計(jì)算機(jī)系副教授薛巍、山東大學(xué)教授劉衛(wèi)國(guó)，以及ACM主席。
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11月17日，在美國(guó)丹佛舉行的全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)（SC2017）上，由清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系副教授付昊桓等共同領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)所完成的“非線性地震模擬”一舉獲得國(guó)際高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎(jiǎng)“戈登?貝爾”獎(jiǎng)（ACM Gordon Bell Prize。
這一成果是由清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系、計(jì)算機(jī)系與山東大學(xué)、南方科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心和國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心等單位共同完成。成果發(fā)表于今年的全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)上，論文題目為《基于神威太湖之光的18.9-Pflops非線性地震模擬：實(shí)現(xiàn)對(duì)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)，付昊桓為論文第一作者，付昊桓、何聰輝、薛巍以及陳曉非院士為論文共同通訊作者，作者還包括陳炳煒、殷澤坤、張振國(guó)、張文強(qiáng)、張庭堅(jiān)、劉衛(wèi)國(guó)、尹萬(wàn)旺和楊廣文等，其中5人來(lái)自清華大學(xué)。
地震模擬工具可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地震發(fā)生過(guò)程的重現(xiàn)與預(yù)測(cè)模擬，是科學(xué)家理解地震發(fā)生與傳播規(guī)律的重要手段，對(duì)于降低與預(yù)防地震災(zāi)害所帶來(lái)的巨大損失具有重要作用。而對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，地震模擬結(jié)果還可以與其它技術(shù)結(jié)合，用于對(duì)地震高發(fā)區(qū)各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)，以提升城市規(guī)劃的安全性，防患于未然。
基于神威太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高可擴(kuò)展性的非線性地震模擬工具。該工具充分發(fā)揮國(guó)產(chǎn)處理器在存儲(chǔ)、計(jì)算資源等方面的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)18.9PFlops的非線性地震模擬，也是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)如此大規(guī)模下的高分辨率、高頻率的非線性可塑性地震模擬。該工具首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)唐山大地震（M7.8, 1976）發(fā)生過(guò)程的高分辨率精確模擬，使得科學(xué)家可以更好地理解唐山大地震所造成的影響，并對(duì)未來(lái)地震預(yù)防預(yù)測(cè)等研究具有重要的借鑒意義。
? 唐山大地震模擬結(jié)果圖
除此之外，由付昊桓為第一作者的“全球氣候模式的高性能模擬”研究也入圍“戈登·貝爾”獎(jiǎng)，兩項(xiàng)研究占據(jù)了該獎(jiǎng)2017年最后獲提名總數(shù)的2/3。全球氣候模式是理解全球氣候變化規(guī)律、預(yù)測(cè)與預(yù)防未來(lái)極端氣候?yàn)?zāi)害的重要工具。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，全球氣候模式所包含的研究?jī)?nèi)容也變得更加豐富，由此帶來(lái)了海量的模擬數(shù)據(jù)、巨大的模擬區(qū)域、以及復(fù)雜的變化過(guò)程等諸多問(wèn)題。這些特征也使得實(shí)現(xiàn)高分辨率、高可擴(kuò)展性與高性能的氣候模式模擬變得更加具有挑戰(zhàn)性；對(duì)優(yōu)化方法、計(jì)算機(jī)性能等都提出了全新的要求。
針對(duì)這些挑戰(zhàn)，由清華大學(xué)、北京師范大學(xué)和山東大學(xué)組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，根據(jù)神威太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了從進(jìn)程到線程的一整套優(yōu)化方案，并對(duì)具有海量代碼任務(wù)的經(jīng)典大氣模式CAM進(jìn)行了重構(gòu)設(shè)計(jì)，將其成功移植到了國(guó)產(chǎn)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了千萬(wàn)核規(guī)模下25公里分辨率的模擬和每天3.4模式年的計(jì)算性能；對(duì)于模式的動(dòng)力框架部分，更是實(shí)現(xiàn)了千萬(wàn)核規(guī)模下750米的分辨率能力，以及3.3PFlops的計(jì)算性能。基于該工作的研究成果，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)卡特里娜颶風(fēng)整個(gè)生命周期的準(zhǔn)確模擬。作為對(duì)真實(shí)應(yīng)用的大規(guī)模數(shù)值模擬，該工作的成功完成對(duì)于未來(lái)面向E級(jí)（百億億次）計(jì)算系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展具有重要借鑒意義，并在程序設(shè)計(jì)、優(yōu)化方法等方面提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
? 25km高分辨率全球大氣模式對(duì)卡特里娜颶風(fēng)的模擬
未來(lái)，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系將立足自身學(xué)科特點(diǎn)，推動(dòng)我國(guó)地球系統(tǒng)模式與高性能計(jì)算的學(xué)科交叉和合作研究，培養(yǎng)面向地球系統(tǒng)模式發(fā)展的青年人才。依托神威太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)，清華大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)也將繼續(xù)在生物醫(yī)藥、機(jī)器學(xué)習(xí)、航空航天、工業(yè)制造、氣候模擬、新材料和新能源等多學(xué)科領(lǐng)域交叉，支持國(guó)家重大科技應(yīng)用、先進(jìn)制造等領(lǐng)域解算，開展更多具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用課題，為中國(guó)地球系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。
清華大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)的“神威·太湖之光”在今年全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)上公布的500強(qiáng)榜單中衛(wèi)冕世界第一，“神威?太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)的四連冠，也是我國(guó)國(guó)產(chǎn)超算系統(tǒng)在世界超級(jí)計(jì)算機(jī)冠軍寶座的十連冠。
高性能計(jì)算應(yīng)用最高獎(jiǎng) ——“戈登?貝爾”獎(jiǎng)，設(shè)立于1987年，由美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)于每年11月在美國(guó)召開的超算領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議頒發(fā)，旨在獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)代前沿的并行計(jì)算研究成果，特別是高性能計(jì)算創(chuàng)新應(yīng)用的杰出成就，被譽(yù)為“超級(jí)計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)”。
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