關于我國科學計算發展的若干建議

歷經30年，我國的科學計算由起步發展至今，在諸多研究領域取得了長足的進步，但仍需面對E級超算④的新挑戰。高性能計算機的體系結構越來越復雜，其特征是處理器和加速器部件的復雜深度異構、單處理器內眾核、單節點內多處理器、數萬計算結點、多級存儲系統和超高速內部互聯網絡，這對應用軟件的研制提出了眾多挑戰。

我國經過多年的努力和投入，超級計算機硬件基礎設施能力已達國際先進水平。但由于在科學計算軟件方面如基礎算法庫、并行算法庫、高性能計算應用中間件和各學科領域應用軟件缺乏穩定投入和長期積累，導致我國科學計算應用各環節均嚴重依賴國外。特別是使用國外軟件占比高達90％以上，這已成為制約我國高性能計算進一步發展的“卡脖子”問題。

為了更好地發展我國的科學計算應用和加強研發應用軟件，今后應戰略性布局和規劃我國科學計算的發展路線和實施計劃，具體給出5點建議。

設立國家級高性能計算軟件研發中心，并給予長期穩定支持。針對國產處理器研發若干重要領域的科學計算軟件；通過挖掘若干應用領域的科學問題，以應用需求為導向，設立長期穩定的科學目標。圍繞該目標，開展長期、持續的軟件研發。

大力加強高性能計算應用中間件的開發。近年來，在國家“863”計劃和重點研發計劃“高性能計算”專項的支持下，我國科研工作者成功研制了三維并行結構自適應軟件框架JASMIN和三維并行自適應有限元軟件平臺PHG。中國科學院計算機網絡信息中心科研人員在計算科學應用研究中心支持下，正研發并行計算框架SC Tangram。通過框架支撐，并行計算細節可對應用科學計算研究人員屏蔽，使其可集中于物理模型和計算方法創新并加速計算程序與新方法、新模型的融合，最終實現大規模并行計算應用軟件的快速開發。

進一步在國家戰略層面加強科學計算應用軟件的規劃和開發。科學計算應用軟件是計算科學和應用科學領域交叉融合的產物，涉及面廣。僅僅依靠高等院校和科研院所的研究人員憑興趣自發或是零散的研發應用是遠遠不夠的，應從國家戰略層面和科學問題的需要出發，以需求為牽引，以需要解決問題為目標，制定10年甚至更長時間的規劃并堅定地執行方才能見到成效。

提高科學計算應用的基礎研究水平。科學計算能力包括計算機軟件硬件、支撐軟件以及算法的能力。只有提高科學計算應用的基礎研究水平，才能對高性能計算機的軟硬件提出更高的需求，從而推動高性能計算應用向著更深層次和更高水平發展。大力發展復雜異構系統上的各種精度的混合計算方法，加強高性能體系結構發展與算法、軟件的互動。

大力加強計算科學和應用學科的復合型人才培養。科學計算涉及應用科學、計算機科學、數學等多個學科，必須在高等教育、繼續教育以及研究院所等層面開展相關培養工作，加大經費支持，建立適合的評價機制，鼓勵研究人員從事計算應用軟件的研發，提高待遇，從而形成可持續性發展的局面。

致謝感謝中國科學院大氣物理研究所劉海龍和唐曉、中國科學院上海藥物研究所于坤千、中國科學院高能物理研究所陳瑩、中國科學技術大學胡偉、中國科學院金屬研究所徐東生、中國科學院北京基因組研究所劉凡、中國科學院計算機網絡信息中心王彥堈和王武提供了相關科學計算應用的文字材料；感謝中國科學院物理研究所王鼎盛院士提供珍藏了20多年的、發表在《人民日報》和《中國科學報》上的有關“曙光1000”攻關的報道。（作者：金鐘，中國科學院計算機網絡信息中心 中國科學院計算科學應用研究中心；陸忠華，中國科學院計算機網絡信息中心；李會元，中國科學院軟件研究所；遲學斌，中國科學院計算機網絡信息中心 中國科學院計算科學應用研究中心；孫家昶，中國科學院軟件研究所。《中國科學院院刊》供稿）