該成果為以后基于超級(jí)計(jì)算機(jī)的更多應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)。

11月17日凌晨，在美國(guó)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)系副教授付昊桓領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)所完成的“非線性地震模擬”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）。20日，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系召開了成果發(fā)布會(huì)。

背景

非線性是指兩個(gè)變量間的數(shù)學(xué)關(guān)系，不是直線，而是曲線、曲面或不確定的屬性，是不成簡(jiǎn)單比例（即線性）關(guān)系的。

非線性是自然界復(fù)雜性的典型性質(zhì)之一，與線性相比，非線性更接近客觀事物性質(zhì)本身，是量化研究認(rèn)識(shí)復(fù)雜知識(shí)的重要方法之一。

故而，在對(duì)于現(xiàn)實(shí)情景的建模中，非線性方法的選擇對(duì)于模型的準(zhǔn)確度至關(guān)重要，而建模是將計(jì)算機(jī)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)合在一起的“關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)”。

關(guān)于“戈登·貝爾”獎(jiǎng)，它正是為了鼓勵(lì)將超級(jí)計(jì)算機(jī)的超強(qiáng)計(jì)算能力投入應(yīng)用之中而設(shè)立的獎(jiǎng)項(xiàng)，該獎(jiǎng)設(shè)立于1987年，是國(guó)際高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。

過去30年，美、日研究人員憑借運(yùn)行在美國(guó)“泰坦”超級(jí)計(jì)算機(jī)、日本“京”超級(jí)計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用，都曾連續(xù)獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)。去年，基于國(guó)產(chǎn)超算系統(tǒng)“神威·太湖之光”的“千萬核可擴(kuò)展大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”首次獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在該獎(jiǎng)項(xiàng)上零的突破。

這次再獲“戈登·貝爾”獎(jiǎng)，不僅證實(shí)了我國(guó)科研能力的提升，也助推了我國(guó)地震方面的研究。我們都知道，面對(duì)地震，即便是科技非常發(fā)達(dá)的今天，科學(xué)家也是束手無策。但是更精準(zhǔn)的模擬大地震，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。

研究

據(jù)了解，該“非線性地震模擬”是一種高度可擴(kuò)展性的非線性地震模擬工具，基于我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，該工具充分發(fā)揮其處理器的存儲(chǔ)和計(jì)算優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高達(dá)18.9PFlops的非線性地震模擬，是國(guó)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。

在實(shí)驗(yàn)中，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)針對(duì)“神威·太湖之光”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。結(jié)合該方案，他們對(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(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，并利用千萬核規(guī)模實(shí)現(xiàn)了每天3.4年的數(shù)據(jù)計(jì)算模擬，且該計(jì)算模擬的分辨率達(dá)到25公里。

此外，對(duì)模型的動(dòng)力框架部分，該方案實(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。

基于該模擬工具，研究團(tuán)隊(duì)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)唐山大地震的高精度模擬，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)卡特里娜颶風(fēng)整個(gè)生命周期的準(zhǔn)確模擬。

總結(jié)

該工作對(duì)以后面向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)。

據(jù)悉，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(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)算無錫中心等單位共同完成。

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