清华非线性地震模拟工具，基于国产处理器实现高分辨率和高频大规模计算

该成果为以后基于超级计算机的更多应用提供经验。

11月17日凌晨，在美国全球超级计算大会（SC2017）上，由清华大学地球系统科学系副教授付昊桓领导的团队所完成的“非线性地震模拟”获得国际高性能计算应用领域最高奖“戈登·贝尔”奖（ACM Gordon Bell Prize）。20日，清华大学地球系统科学系召开了成果发布会。

背景

非线性是指两个变量间的数学关系，不是直线，而是曲线、曲面或不确定的属性，是不成简单比例（即线性）关系的。

非线性是自然界复杂性的典型性质之一，与线性相比，非线性更接近客观事物性质本身，是量化研究认识复杂知识的重要方法之一。

故而，在对于现实情景的建模中，非线性方法的选择对于模型的准确度至关重要，而建模是将计算机与实际应用联合在一起的“关键节点”。

关于“戈登·贝尔”奖，它正是为了鼓励将超级计算机的超强计算能力投入应用之中而设立的奖项，该奖设立于1987年，是国际高性能计算应用领域的最高奖项。

过去30年，美、日研究人员凭借运行在美国“泰坦”超级计算机、日本“京”超级计算机上的应用，都曾连续获得该奖项。去年，基于国产超算系统“神威·太湖之光”的“千万核可扩展大气动力学全隐式模拟”首次获得该奖项，实现了我国在该奖项上零的突破。

这次再获“戈登·贝尔”奖，不仅证实了我国科研能力的提升，也助推了我国地震方面的研究。我们都知道，面对地震，即便是科技非常发达的今天，科学家也是束手无策。但是更精准的模拟大地震，不仅能为地震之后预防和控制次生灾害发挥关键作用，也能为地震预测研究提供重要支持。

研究

据了解，该“非线性地震模拟”是一种高度可扩展性的非线性地震模拟工具，基于我国的超级计算机，该工具充分发挥其处理器的存储和计算优势，实现高达18.9PFlops的非线性地震模拟，是国际上首次实现如此大的计算规模下的高分辨率、高频率的非线性可塑性地震模拟。

在实验中，由清华大学、北京师范大学和山东大学组成的联合研究团队针对“神威·太湖之光”的系统特点，设计了从进程到线程的一整套优化方案。结合该方案，他们对具有海量代码任务的经典大气模式CAM进行重构设计，将其成功地移植到国产超级计算机平台上，并利用千万核规模实现了每天3.4年的数据计算模拟，且该计算模拟的分辨率达到25公里。

此外，对模型的动力框架部分，该方案实现了千万核规模下750米的分辨率及3.3PFlops的计算性能。

基于该模拟工具，研究团队不仅可以实现对唐山大地震的高精度模拟，还可以实现对卡特里娜飓风整个生命周期的准确模拟。

总结

该工作对以后面向E级（百亿亿次）计算系统的应用开发具有重要借鉴意义，并在程序设计、优化方法等方面提供了宝贵经验。

据悉，该成果由清华大学地球系统科学系、计算机系与山东大学、南方科技大学、中国科学技术大学、国家并行计算机工程技术研究中心和国家超级计算无锡中心等单位共同完成。

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