清華領(lǐng)銜團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)對(duì)唐山大地震精確模擬
相關(guān)成果斬獲“戈登·貝爾”獎(jiǎng)
清華新聞網(wǎng)11月17日電（通訊員 蒲彥妃） 11月17日凌晨，在美國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)系副教授付昊桓等領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)所完成的“非線性地震模擬”獲得國際高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎(jiǎng)“戈登·貝爾”獎(jiǎng)（ACM Gordon Bell Prize）。
頒獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)，從左至右：“戈登·貝爾”獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)主席蘇巴斯·賽尼（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，國際計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)主席維基·漢森（Vicki L. Hanson）。另經(jīng)核實(shí)，背板上的10Hz為論文入選時(shí)的數(shù)據(jù)。
該成果由清華大學(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)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心和國家超級(jí)計(jì)算無錫中心等單位共同完成。成果發(fā)表于今年全球超級(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8m情景的描述》(18.9-Pflops Nonlinear Earthquake Simulation on Sunway TaihuLight: Enabling Depiction of 18-Hz and 8-Meter Scenarios)。付昊桓、清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系博士生何聰輝、計(jì)算機(jī)系副教授薛巍，南方科技大學(xué)地球與空間科學(xué)系陳曉非院士為論文共同通訊作者。團(tuán)隊(duì)中共有5人來自清華大學(xué)。
地震會(huì)產(chǎn)生巨大的影響和破壞作用。即使在科技高度發(fā)達(dá)的今天，預(yù)測(cè)地震的手段仍非常有限，世界各國的科學(xué)家和工程師們都在努力研究和模擬地震。更為精確地模擬大地震，不僅能為地震之后預(yù)防和控制次生災(zāi)害發(fā)揮關(guān)鍵作用，也能為地震預(yù)測(cè)研究提供重要支持。為此，科學(xué)界一直在努力開發(fā)更為精準(zhǔn)的地震模擬工具以重現(xiàn)地震過程，以此探索地震的發(fā)生與傳播規(guī)律，進(jìn)而將模擬結(jié)果與其它技術(shù)相結(jié)合，在地震高發(fā)區(qū)對(duì)各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行合理規(guī)劃設(shè)計(jì)，以防患于未然。
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，由清華領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)了高可擴(kuò)展性的非線性地震模擬工具。該工具充分發(fā)揮國產(chǎn)處理器在存儲(chǔ)、計(jì)算等方面的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)18.9PFlops的非線性地震模擬，是國際上首次實(shí)現(xiàn)如此大的計(jì)算規(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)生過程的高分辨率精確模擬，使科學(xué)家可以更好地理解唐山大地震的影響，對(duì)地震預(yù)防預(yù)測(cè)等具有重要意義。
唐山大地震模擬結(jié)果圖。
除此之外，以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)，在該獎(jiǎng)2017年三項(xiàng)獲提名研究中占據(jù)兩席。
隨著人類活動(dòng)范圍和強(qiáng)度日益增加，全球性氣候變化、資源和環(huán)境問題成為擺在各國面前的共同挑戰(zhàn)，也是未來人類共同命運(yùn)之所系。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)防未來極端氣候?yàn)?zāi)害的重要工具。目前，運(yùn)用全球氣候模式開展深入研究所帶來的海量的模擬數(shù)據(jù)、巨大的模擬區(qū)域、復(fù)雜的變化過程等諸多問題，使實(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具挑戰(zhàn)性；對(duì)方法優(yōu)化、計(jì)算機(jī)性能等提出了全新要求。
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)行重構(gòu)設(shè)計(jì)，將其成功地移植到國產(chǎn)平臺(tái)上，并利用千萬核規(guī)模對(duì)25公里分辨率實(shí)現(xiàn)了每天計(jì)算3.4年的模擬。對(duì)模式的動(dòng)力框架部分，更是實(shí)現(xiàn)了千萬核規(guī)模下750米的分辨率，及3.3PFlops的計(jì)算性能。基于該成果，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。該工作的成功完成，對(duì)未來面向E級(jí)（百億億次）計(jì)算系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)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，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)科研團(tuán)隊(duì)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、新材料和新能源等領(lǐng)域推動(dòng)學(xué)科交叉，支持國家重大科技應(yīng)用、先進(jìn)制造等領(lǐng)域計(jì)算，開展更多具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用課題研究。
國產(chǎn)超算系統(tǒng)“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)榜單中再次衛(wèi)冕世界第一、榮獲四連冠。這也是包括“天河二號(hào)”“神威·太湖之光”等我國國產(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。“神威·太湖之光”由國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制，安裝在國家超級(jí)計(jì)算無錫中心，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系楊廣文教授及團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)運(yùn)營。
四連冠獲獎(jiǎng)證書。
《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8m情景的描述》一文其他合作作者還包括：清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授楊廣文、計(jì)算機(jī)系博士生陳炳煒，山東大學(xué)計(jì)算機(jī)系博士生殷澤坤、計(jì)算機(jī)系碩士生張庭堅(jiān)、計(jì)算機(jī)系教授劉衛(wèi)國，南方科技大學(xué)地球與空間科學(xué)系副教授張振國，中國科技大學(xué)地球與空間科學(xué)系博士生張文強(qiáng)，國家并行計(jì)算工程研究中心助理研究員尹萬旺等。
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）設(shè)立于1987年，由美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（Association for Computing Machinery, ACM）于每年11月在美國召開的超算領(lǐng)域國際會(huì)議（SC）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)”。
供稿：地學(xué)系 編輯：悸寔 華山 襄樺 田心
