让全球气候模拟更精准 超算，比你想的接地气

　　“评委一念出项目名称的第一个字，我就知道获奖的是我们团队的成果了。”时隔多日，回忆起当时的情景，中科院软件所并行软件与计算科学实验室副主任杨超依然很兴奋，“就像做梦一样。”

　　日前，全球超算应用领域最高奖——“戈登贝尔奖”在美国盐湖城举行的2016年全球超级计算机大会上揭晓，基于“神威·太湖之光”的“千万核可扩展大气动力学全隐式模拟”应用项目最终问鼎。项目由中科院软件所、清华大学、北师大、国家并行计算机工程技术研究中心与国家超级计算无锡中心合作完成，面向气候气象等应用领域，能够帮助改善全球气候模拟和天气预报。杨超是项目团队中的核心成员之一。

　　“戈登贝尔奖”设立于1987年，此前从未有中国团队入围获奖。而这次，在入围的6项应用中，有3项来自中国，另两项分别是国家海洋局第一海洋研究所与清华大学合作的“高分辨率海浪数值模拟”以及中科院网络中心的“钛合金微结构演化相场模拟”。

　　硬件搭台，软件唱戏，研制超算最终是为了应用

　　“‘戈登贝尔奖’考察的是超算的综合应用能力，也就是使用超算的水平到了什么程度”，杨超说，“大气动力学是超算的经典应用领域，发展很久，需求很大，也被公认为有挑战性和难度。这个应用就像一把尺子，可以衡量技术的高度。因此，我们选择这个应用，来展示软件的水平。”

　　超算，即超级计算或高性能计算。许多人将超算等同于运算速度惊人的超级计算机，实际上，在超算领域，硬件、应用、软件三者缺一不可。“硬件是平台，应用是出口，软件体现水平。研制超级计算机最终是为了应用，软件是承上启下的关键一环。”杨超说，他把超级计算机比作一个大舞台，“硬件搭台，软件唱戏。”

　　作为具有前瞻性的研究领域，超算是全球科技大国必争的制高点之一，国际竞争向来激烈。美国、日本等国积累已久，优势不小，中国的后发之力也不容小觑。根据美国盐湖城11月公布的全球超级计算机500强榜单，由中国国家并行计算机工程技术研究中心研制的“神威·太湖之光”以较大的运算速度优势蝉联冠军。算上此前“天河二号”的六连冠，中国已连续4年占据全球超算排行榜的最高席位。有观点认为，在超算舞台上崛起的中国正在向超算强国迈进。

　　如何衡量一个国家是否属于超算强国？杨超觉得，硬件、软件、应用是最重要的评价指标，“其实每个指标背后还有很多复杂的层次，比如软件还可以细分为模型、算法、编程。”此外，还有很多附加的指标，“比如从业人员数量、下一代超算教育、学术交流、论文专利等。”

　　天气预报、高铁设计、新药发现……超算与日常生活息息相关

　　中科院软件所研究员孙家昶表示，此次获奖意义很大。“这是国际超算领域的最高奖，好的机器才能做出好的成果，获奖是国家综合实力提高的重要表征之一。”在他看来，“超算是随时代发展而来的，要用好它。”

　　在今年6月发布的全球超级计算机500强排行榜上，“神威·太湖之光”以每秒9.3亿次的浮点运算速度夺冠。在很多人眼中，运算速度惊人的超算十分“高大上”，离自己也很遥远。实际上，超算与日常生活紧密相关。

　　杨超举例说：“比如天气预报，需要模拟和观测云的行为，就用得到超算。还有高铁设计，要看列车在高速行进过程中会不会因刮风而脱轨，此时既需要实验车组，也要通过计算进行模拟，要考虑列车能承受风的强度、风吹角度、车身外形该如何设计等。”为了让生活更美好，我们探索这个世界、拓宽认知边界，其中，理论、实验、计算是不可缺少的3种手段，“有些原理无法靠实验实现，也没有理论，此时就需要计算，而超算可以使计算更加准确。”

　　据国家“863”计划高效能计算机及应用服务环境重大项目总体专家组组长钱德沛介绍，20年来，超算应用普及程度大大提高，应用领域不断扩展。“1996年，应用只限于气象预报、石油勘探等少数领域，应用软件主要依赖进口，如今，一大批并行应用软件已经在大飞机研发、高铁列车设计、石油勘探、新药发现、集合气象预报、生物信息、汽车研发、流体机械优化设计、电磁环境计算等行业和领域得到实用”。不少企业也在工业设计和产品设计环节中使用超算。

　　“超算可以解决能源、环境等重大挑战性问题、提升传统产业竞争力、助力精准医疗等提高人民生活水平的领域，并促进新材料、高能物理等重大科学发现。” 钱德沛说，“经济与社会发展需要超算。”

　　超算发展需构建一整套生态环境，中国有后发优势

　　这次获奖的“千万核可扩展大气动力学全隐式模拟”应用项目启动于2007年。2012年，团队第一次申报“戈登贝尔奖”，没有入围。

　　“研究过程中有过很多技术上的挫折，其实大家完全可以选择将一些阶段性成果写成论文发表，但我们没有。”杨超表示，虽然最终的获奖名单上只写了12个人，但“得奖背后离不开很多人的奉献和支持。”

　　今年4月，该项目团队向“戈登贝尔奖”组委会递交了包括主要技术细节和结果在内的论文，6月知晓成果入围后，团队转战无锡继续研究，在8月更新了研究结果。

　　杨超始终记得漫长的研究周期中那些辛苦却美好的日子。“当时在无锡的超算中心，上机机房条件很艰苦，下午4点空调就关了，三十七八摄氏度的大热天，曾经连续3天加起来睡不足3小时。”杨超说，这10年，自己是和中国超算应用一起成长起来的。“刚开始，超算机房都没什么人，后来，人越来越多，有时上机甚至还需要抢座。”他觉得，这次中国有3个应用项目入围，“说明国内有实力竞争这个奖项的团队越来越多了。”

　　从曙光系列、天河系列到神威系列，国产超算一步步成长起来，一批批科学家得以使用越来越快的机器更好地投入研究，解决众多重要问题。

　　“1995年，中国第一个国家级高性能计算中心在合肥成立。到2016年，中国具备由17个高性能计算中心组成的中国国家高性能计算服务环境，资源能力居世界前列。” 钱德沛说。而根据11月公布的全球超级计算机500强榜单，中国上榜超算总数已与美国并列第一。

　　在杨超看来，我国在超算上有后发优势。“中国在超算硬件上的研制水平已经跻身世界前列，甚至可以说是领先，因此，有先天条件开展研究。在应用上，单点已突破。”但这并不意味着美、日等国的长期积累是无用功，“超算领域经历的是螺旋式发展，技术迭代太快，很难界定新旧，一些看起来被淘汰的技术可能突然就会发挥作用。另外，超算的发展需要一整套生态环境，对应不同层面的人做相关研究。在我国，建设完善的生态环境还需要时间。”