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)系付昊桓副教授等共同領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)所完成的“非線(xiàn)性地震模擬”榮獲“戈登·貝爾”獎(jiǎng)（ACM Gordon Bell Prize），實(shí)現(xiàn)了中國(guó)在此獎(jiǎng)項(xiàng)上自2016年首次獲獎(jiǎng)后的蟬聯(lián)奪冠。
設(shè)立于1987年的“戈登·貝爾”獎(jiǎng)是世界高性能計(jì)算應(yīng)用的最高獎(jiǎng)。它由美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（Association for Computing Machinery, ACM）每年11月在召開(kāi)的超算領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議上頒發(fā)，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。
付昊桓領(lǐng)銜的另一項(xiàng)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(jiǎng)的最終決選。這兩項(xiàng)工作，與去年11月25日中國(guó)首獲“戈登·貝爾”獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目“千萬(wàn)核可擴(kuò)展大氣動(dòng)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(tái)，“神威·太湖之光”也由此成為世界高性能計(jì)算最高獎(jiǎng)的孵化平臺(tái)。
“四連冠”，彰顯硬件絕對(duì)實(shí)力
位于國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心的“神威·太湖之光”由清華大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)。它的峰值計(jì)算能力為每秒12.5億億次，持續(xù)計(jì)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(jí)計(jì)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(guó)的超算上榜總數(shù)又一次超過(guò)美國(guó)，奪得第一。這既表明了“神威·太湖之光”的絕對(duì)實(shí)力，也再一次彰顯了中國(guó)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(guó)產(chǎn)軟件生態(tài)
2015年夏天，當(dāng)清華大學(xué)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)駐到還未完全建成的國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心時(shí)，沖擊世界頂尖的“戈登·貝爾”獎(jiǎng)似乎還是個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。
“神威·太湖之光”全國(guó)產(chǎn)的機(jī)器設(shè)計(jì)，以全新的片上融合異構(gòu)的眾核芯片，帶來(lái)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(jì)算和工程計(jì)算軟件都無(wú)法在這臺(tái)新的超級(jí)計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行，軟件生態(tài)相對(duì)匱乏。
相對(duì)落后的軟件生態(tài)，對(duì)于致力于神威平臺(tái)的應(yīng)用軟件團(tuán)隊(duì)，既是挑戰(zhàn)，更是機(jī)遇。2015年的七月中，無(wú)錫最熱的時(shí)節(jié)，來(lái)自清華大學(xué)、北京師范大學(xué)以及國(guó)家海洋局第一海洋研究所的三十多位老師和同學(xué)，面對(duì)模式上百萬(wàn)行的計(jì)算程序，悄然展開(kāi)了國(guó)產(chǎn)應(yīng)用軟件研發(fā)的第一次征程。
三個(gè)月的集中研發(fā)，使團(tuán)隊(duì)中計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的同學(xué)們逐漸成為了大氣、海洋模擬的專(zhuān)家，而地學(xué)專(zhuān)業(yè)的同學(xué)們也逐漸成為國(guó)產(chǎn)神威平臺(tái)的專(zhuān)業(yè)“碼農(nóng)”，最終造就了三個(gè)月完成百萬(wàn)行代碼移植、十萬(wàn)多行代碼重構(gòu)及重新設(shè)計(jì)的奇跡。事后看來(lái)，這一批計(jì)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(duì)在神威平臺(tái)上應(yīng)用成果開(kāi)花結(jié)果的關(guān)鍵。
經(jīng)過(guò)了一年多的集中開(kāi)發(fā)，在國(guó)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(guó)產(chǎn)軟件生態(tài)終于形成，擁有超過(guò)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(duì)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(duì)，致力于大氣模式在神威平臺(tái)上的重構(gòu)設(shè)計(jì)與大規(guī)模優(yōu)化計(jì)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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等單位形成了一支新的交叉隊(duì)伍，短短幾個(gè)月的時(shí)間，就完成了基于“神威·太湖之光”的地震模擬全過(guò)程軟件平臺(tái)。
方法創(chuàng)新，多應(yīng)用世界領(lǐng)先
榮獲今年“戈登·貝爾”獎(jiǎng)的《基于“神威·太湖之光”的18.9-Pflops非線(xiàn)性地震模擬：實(shí)現(xiàn)對(duì)18Hz和8m情景的描述》，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。團(tuán)隊(duì)中共有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(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。地震模擬工具還可以與其它技術(shù)相結(jié)合，用于對(duì)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(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”強(qiáng)大的計(jì)算能力，研究團(tuán)隊(duì)成功地設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高可擴(kuò)展性的非線(xiàn)性大地震模擬工具。此工具實(shí)現(xiàn)了高達(dá)18.9PFlops的非線(xiàn)性地震模擬，是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)如此大規(guī)模、高分辨率、高頻率的非線(xiàn)性可塑性地震模擬；還首次實(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，可以更好地理解唐山大地震所造成的影響，對(duì)未來(lái)的地震預(yù)防預(yù)測(cè)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(xiàn)程的一整套優(yōu)化方案，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)，將其成功地移植到國(guó)產(chǎn)平臺(tái)上，并利用數(shù)百萬(wàn)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(wàn)核規(guī)模下750米的分辨率，及3.3PFlops的計(jì)算性能?；谠摮晒?，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(lái)面向E級(jí)（百億億次）計(jì)算系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)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)。
創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，助力新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義偉大建設(shè)
在去年11月25日與“戈登·貝爾”獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目“千萬(wàn)核可擴(kuò)展大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”團(tuán)隊(duì)中清華大學(xué)成員的座談中，邱勇校長(zhǎng)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(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)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(lái)，清華大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)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(kāi)展高性能計(jì)算應(yīng)用研究，在建設(shè)世界一流大學(xué)、實(shí)施十九大報(bào)告提出的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家等方面發(fā)揮更加積極的作用。
