我國高性能計算應用的矚目成果

中國科學院科學家聯合攻關取得令人矚目的高性能計算應用成果

高性能計算應用的發展和進步需要數學、計算科學、應用領域等學科的深度交叉融合。20世紀90年代中期，中國科學院軟件研究所、生物物理研究所、物理研究所以及北京科技大學、國家智能中心的科學家聯合攻關，在國產“曙光1000”并行計算機上，完成了多個應用軟件，并在天然DNA的整體電子結構理論計算、激光晶體材料（LBO）電子態理論分析及廣義本征值并行計算等方面取得了令人矚目的高水平成果。生物物理學、物理學等應用領域的科學家設計出便于在“曙光1000”上實現的新方案，并在運維人員的密切配合下，使其付諸實施。而計算科學家則針對“曙光1000”的特點，提出了“黑匣子并行”的思想和并行方案；同時，在理論上證明了若干收斂性定理，為保證計算結果的正確性及準確預估迭代時間提供了可靠的理論保證。這是中國科學院非常具有代表性的多領域科學家聯合攻關，發揮物理模型、算法和高性能計算技術多學科優勢和深度交叉的力量，取得高水平成果的成功案例。后來，參與攻關的中國科學院物理研究所王鼎盛與中國科學院生物物理研究所陳潤生分別因在計算物理學與計算生物學上的成就而被增選為中國科學院院士。

中國高性能計算應用取得“戈登·貝爾”獎的突破

近年來，我國科學家在高性能計算應用領域又取得了新突破。在大氣科學的全球大氣動力學的高性能計算研究方面，由中國科學院軟件研究所楊超、清華大學薛巍和付昊桓領銜的應用成果——“千萬核可擴展全球大氣動力學全隱式模擬”在2016年11月美國鹽湖城舉辦的“全球超級計算大會2016”（SC16）上一舉拿下高性能計算應用領域最高獎——“戈登·貝爾”獎②，實現了我國高性能計算應用在此項大獎上零的突破，成為我國高性能計算應用發展的一個新的里程碑。該課題在應用與算法2個層面實現了重大突破：①應用層面。大氣動力過程的模擬速度較美國下一代大氣模擬系統AM3（GFDL開發）的計算效率提升近1個數量級。全隱式求解方法是未來超高分辨率大氣模式構建的一種新選擇。②算法層面。實現目前世界上第一個可擴展到千萬核，峰值效率超過6％的隱式求解器，它將模擬分辨率提升至500米以內，并行度和峰值效率較2015年“戈登·貝爾”獎工作均提升一個數量級。該成果可應用于全球高分辨率氣候模擬和高精細數值天氣預報，并在航空、地學、工程學等領域的挑戰性計算問題中有廣闊應用前景。