超级计算机应用,这个团队的成果被习总书记在两院院士大会上点赞

北京师范大学南院,全球变化与地球系统科学研究院正在组织学习习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上的重要讲话精神,对于全球院来说,这次学习有更加特别的意义——学院王兰宁教授团队取得的成果,在大会上被习总书记特别点赞了!

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6月20日,在德国法兰克福举行的国际超算大会上,发布了超级计算机TOP500榜单,神威太湖之光以近3倍于第二名的运算速度摘得桂冠。

图 1 王兰宁教授无锡超算接受媒体采访

速度到底有多快?如果把200多万台最新款的普通电脑加起来,计算能力只能跟它打个平手;其1分钟的计算能力,相当于全球70多亿人同时用计算器不间断计算32年。

——“我们着力推进面向国家重大需求的战略高技术研究,超级计算机连续10次蝉联世界之冠,采用国产芯片的‘神威太湖之光’获得高性能计算应用最高奖‘戈登贝尔’奖”。

值得关注的是,这台来自江苏无锡滨湖区国家超级计算无锡中心的神威太湖之光计算机系统,实现了包括处理器在内的全部核心部件的国产化。

习总书记提到的这个成果,就是基于国产芯片“神威太湖之光“,2016年“千万核可扩展大气动力学全隐式模拟”、2017年“非线性地震模拟”连续两年荣获高性能计算应用领域最高奖“戈登贝尔”奖(中国团队首次获奖及蝉联),打破了该奖自设立以来一直被西方国家所垄断的状况。用时任评委会副主席日本东京工业大学教授松岗聪的话说,“这标志着中国正式成为了HPC(高性能计算机)领域的世界领导者之一”。

超级计算机不仅要跑得出速度,还要用得起来。设立于1987年的戈登贝尔奖,被喻为计算机高性能应用领域的诺贝尔奖,设立近30年以来,中国团队从未入围。然而此次,基于神威太湖之光的3个科研项目全部入围该奖项。

——“实践反复告诉我们,关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全”。

突破封锁的中国芯

王兰宁教授是获奖团队中唯一的大气科学背景的成员,他接触超算的原因很简单,想要尽快地看到自己的大气科学实验的结果,计算速度的提高能大大缩短等待的时间。十几年的潜心研究,他对超算的理解也日益加深,“有超算之前,由于计算能力的限制,数值预报模式的水平分辨率很粗,云分辨模式无法在大气模式当中得到应用。有了超算,就可以开展云分辨模拟。”

以后再也不用担心被封锁了。国家超级计算无锡中心副主任黄建国说,从个人电脑到超级计算机,对国内的科学家来说,最大的痛点是电脑芯片基本依赖出口,我们一直不掌握主动权。2015年4月,美国政府宣布把与超级计算机相关的4家中国机构,列入限制出口名单,目的是要限制中国超级计算机的发展。

但是超级计算机的应用,并不完全取决于硬件,有了硬件,软件跟不上也不行,就好像八匹骏马只拉一个小板车,效率还是上不去。王兰宁至今记得一位美国计算专家的话——中国制造超级计算机没有用,因为不会用!

黄建国说,国内的天河二号超级计算机,连续3年世界第一,但去年准备采购新一代处理器时就卡住了,最后导致未如期完成攻关目标。

为了解决超级计算机的并行规模受算法限制的问题,王兰宁与清华大学,以及国家超级计算无锡中心的老师们一起合作,创新性地提出“松耦合方案”,即把物理过程和动力框架分开,并负责完成数值模式中物理过程的耦合与调试,让超级计算机的硬件优势得到了充分的发挥,这样八匹骏马就能满载奔驰。

早在2011年,国内就有采用国产处理器的超级计算机,只是那时候的速度只能达到千万亿次,全球排名第14位。当时,国内更多关注的是速度全球第一的超级计算机,这个国产处理器鲜有国人知晓,反而在国外备受关注,自主处理器、高密度组装技术、水冷系统等成为关注焦点。

王兰宁很自豪地说,“神威太湖之光”用的是国产芯片,而且我们的算法让它高速有效地跑起来了,达到了世界先进水平。利用“神威太湖之光”,将全球大气环流模式的水平分辨率提高到了3公里,位居国际前列。而且这个算法可以应用到计算流体力学的很多领域,这也是高性能计算机的主要应用方向。我们的成果表明,中国人不但可以造好超级计算机,也能用好超级计算机。

目前,申威26010芯片已经是第三代国产处理器,该处理器由国家工信部核高基计划支持,国家高性能集成电路设计中心研制。我们平时使用的普通电脑芯片是多核,这个芯片采用众核体系结构。这个银白色的芯片,里面集成了260个运算核心,数十亿晶体管,达到了每秒3万多亿次的计算能力。黄建国说。

——“工程科技是推动人类进步的发动机,是产业革命、经济发展、社会进步的有力杠杆。广大工程科技工作者既要有工匠精神,又要有团结精神,围绕国家重大战略需求,瞄准经济建设和事关国家安全的重大工程科技问题,紧贴新时代社会民生现实需求和军民融合需求,加快自主创新成果转化应用,在前瞻性、战略性领域打好主动仗。”

关键指标均居世界第一

王兰宁是学气象的,专业方向是数值预报,既是科学,又是工程,既要像科学家那样大胆设想,又要像工程师一样小心求证。

2015年12月,在国家863计划支持下,科技部、江苏省和无锡市共同出资17.95亿元,国家并行计算机工程技术研究中心研制成功神威太湖之光,它使用了40960个芯片。

在徐冠华院士的鼓励和支持下,他从2010年加盟我校全球院,带领模式组团队紧跟国家战略需求,努力掌握模式发展与应用的关键核心技术。他的生活很简单,每天在办公室和实验室呆上十几个小时,发现问题,提出问题,不断地用实验证实自己的设想,发现bug的时候高兴,解决了bug的时候更高兴。

太湖之光所在的机房,除了空调声,没有其他任何噪音,这是全球首台运行速度超过10亿亿次/秒的超级计算机,峰值性能高达12.5亿亿次/秒,持续性能达到9.3亿亿次/秒,接近天河二号的3倍,关键指标均居世界第一。

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