11月17日，在美國丹佛舉行的全球超級計算大會（SC2017）上，由清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系付昊桓副教授等共同領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊所完成的“非線性地震模擬”榮獲“戈登·貝爾”獎（ACM Gordon Bell Prize），實現(xiàn)了中國在此獎項上自2016年首次獲獎后的蟬聯(lián)奪冠。
設(shè)立于1987年的“戈登·貝爾”獎是世界高性能計算應(yīng)用的最高獎。它由美國計算機(jī)協(xié)會（Association for Computing Machinery, ACM）每年11月在召開的超算領(lǐng)域頂級會議上頒發(fā)，獎勵時代前沿的并行計算研究成果，特別是高性能計算創(chuàng)新應(yīng)用的杰出成就。
付昊桓領(lǐng)銜的另一項工作“全球氣候模式的高性能模擬”，也成功入圍今年“戈登·貝爾”獎的最終決選。這兩項工作，與去年11月25日中國首獲“戈登·貝爾”獎的獲獎項目“千萬核可擴(kuò)展大氣動力學(xué)全隱式模擬”一樣，都是以“神威·太湖之光”作為重要依托平臺，“神威·太湖之光”也由此成為世界高性能計算最高獎的孵化平臺。
“四連冠”，彰顯硬件絕對實力
位于國家超級計算無錫中心的“神威·太湖之光”由清華大學(xué)負(fù)責(zé)運營。它的峰值計算能力為每秒12.5億億次，持續(xù)計算能力為每秒9.3億億次。
在2017年11月13日發(fā)布的最新一期全球超級計算機(jī)500強(qiáng)的榜單中，“神威·太湖之光”連續(xù)第四次奪冠；中國的超算上榜總數(shù)又一次超過美國，奪得第一。這既表明了“神威·太湖之光”的絕對實力，也再一次彰顯了中國在超算硬件領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位。
多學(xué)科交叉，打造神威國產(chǎn)軟件生態(tài)
2015年夏天，當(dāng)清華大學(xué)的團(tuán)隊進(jìn)駐到還未完全建成的國家超級計算無錫中心時，沖擊世界頂尖的“戈登·貝爾”獎似乎還是個遙遠(yuǎn)的夢想。
“神威·太湖之光”全國產(chǎn)的機(jī)器設(shè)計，以全新的片上融合異構(gòu)的眾核芯片，帶來了性能與能耗效率的大幅提升。但是，與眾不同的硬件架構(gòu)，也意味著所有主流的科學(xué)計算和工程計算軟件都無法在這臺新的超級計算機(jī)上直接運行，軟件生態(tài)相對匱乏。
相對落后的軟件生態(tài)，對于致力于神威平臺的應(yīng)用軟件團(tuán)隊，既是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。2015年的七月中，無錫最熱的時節(jié)，來自清華大學(xué)、北京師范大學(xué)以及國家海洋局第一海洋研究所的三十多位老師和同學(xué)，面對模式上百萬行的計算程序，悄然展開了國產(chǎn)應(yīng)用軟件研發(fā)的第一次征程。
三個月的集中研發(fā)，使團(tuán)隊中計算機(jī)專業(yè)的同學(xué)們逐漸成為了大氣、海洋模擬的專家，而地學(xué)專業(yè)的同學(xué)們也逐漸成為國產(chǎn)神威平臺的專業(yè)“碼農(nóng)”，最終造就了三個月完成百萬行代碼移植、十萬多行代碼重構(gòu)及重新設(shè)計的奇跡。事后看來，這一批計算機(jī)與地學(xué)交叉型人才的培養(yǎng)和形成，成了日后清華團(tuán)隊在神威平臺上應(yīng)用成果開花結(jié)果的關(guān)鍵。
經(jīng)過了一年多的集中開發(fā)，在國內(nèi)幾十所大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)的通力合作下，到2017年，良好的神威國產(chǎn)軟件生態(tài)終于形成，擁有超過十幾種可擴(kuò)展至全機(jī)的科學(xué)及工程應(yīng)用軟件。
清華團(tuán)隊中的一部分老師同學(xué)繼續(xù)與北京師范大學(xué)和山東大學(xué)組成聯(lián)合研究團(tuán)隊，致力于大氣模式在神威平臺上的重構(gòu)設(shè)計與大規(guī)模優(yōu)化計算；而另一些老師同學(xué)則與山東大學(xué)、南方科技大學(xué)和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等單位形成了一支新的交叉隊伍，短短幾個月的時間，就完成了基于“神威·太湖之光”的地震模擬全過程軟件平臺。
方法創(chuàng)新，多應(yīng)用世界領(lǐng)先
榮獲今年“戈登·貝爾”獎的《基于“神威·太湖之光”的18.9-Pflops非線性地震模擬：實現(xiàn)對18Hz和8m情景的描述》，由清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系、計算機(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)、國家并行計算機(jī)工程技術(shù)研究中心和國家超級計算無錫中心等單位共同完成。團(tuán)隊中共有5人來自清華大學(xué)。
地震模擬工具可以實現(xiàn)對地震發(fā)生過程的重現(xiàn)與模擬，是科學(xué)家理解地質(zhì)構(gòu)造與地震發(fā)生與傳播原理的重要工具，對于降低與預(yù)防地震災(zāi)害所帶來的巨大損失具有重要作用。地震模擬工具還可以與其它技術(shù)相結(jié)合，用于對地震高發(fā)區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行合理規(guī)劃與設(shè)計，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”強(qiáng)大的計算能力，研究團(tuán)隊成功地設(shè)計實現(xiàn)了高可擴(kuò)展性的非線性大地震模擬工具。此工具實現(xiàn)了高達(dá)18.9PFlops的非線性地震模擬，是國際上首次實現(xiàn)如此大規(guī)模、高分辨率、高頻率的非線性可塑性地震模擬；還首次實現(xiàn)了對唐山大地震（M7.8, 1976）發(fā)生過程的高分辨率精確模擬，可以更好地理解唐山大地震所造成的影響，對未來的地震預(yù)防預(yù)測研究具有重要的借鑒意義。
此外，以付昊桓為第一作者的另一入圍研究“全球氣候模式的高性能模擬”，則采用了從進(jìn)程到線程的一整套優(yōu)化方案，對具有海量代碼任務(wù)的經(jīng)典大氣模式CAM進(jìn)行了重構(gòu)設(shè)計，將其成功地移植到國產(chǎn)平臺上，并利用數(shù)百萬核規(guī)模對25公里分辨率實現(xiàn)了每天計算3.4年的模擬。對模式的動力框架部分，更是實現(xiàn)了千萬核規(guī)模下750米的分辨率，及3.3PFlops的計算性能。基于該成果，團(tuán)隊實現(xiàn)了對卡特里娜颶風(fēng)整個生命周期的準(zhǔn)確模擬。該工作的成功完成，對未來面向E級（百億億次）計算系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)具有重要借鑒意義，并在程序設(shè)計、優(yōu)化方法等方面提供了寶貴經(jīng)驗。
創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，助力新時代中國特色社會主義偉大建設(shè)
在去年11月25日與“戈登·貝爾”獎獲獎項目“千萬核可擴(kuò)展大氣動力學(xué)全隱式模擬”團(tuán)隊中清華大學(xué)成員的座談中，邱勇校長指出，“神威·太湖之光”及其應(yīng)用研究，是清華大學(xué)服務(wù)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)，是學(xué)校交叉學(xué)科發(fā)展的優(yōu)秀成果。
未來，清華大學(xué)的科研團(tuán)隊將繼續(xù)依托“神威·太湖之光”，在地球系統(tǒng)模擬、生物醫(yī)藥、機(jī)器學(xué)習(xí)、航空航天、工業(yè)制造、新材料和新能源等多學(xué)科領(lǐng)域深入開展高性能計算應(yīng)用研究，在建設(shè)世界一流大學(xué)、實施十九大報告提出的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、加快建設(shè)創(chuàng)新型國家等方面發(fā)揮更加積極的作用。
