清华领衔团队首次实现对唐山大地震精确模拟
相关成果斩获“戈登·贝尔”奖


清华新闻网11月17日电(通讯员 蒲彦妃) 11月17日凌晨,在美国丹佛举行的全球超级计算大会(SC2017)上,由清华大学地球系统科学系副教授付昊桓等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)。

颁奖现场,从左至右:“戈登·贝尔”奖评委会主席苏巴斯·赛尼(Subhash Saini),清华大学地学系副教授付昊桓,计算机系博士生何聪辉、陈炳炜,计算机系副教授薛巍,山东大学教授刘卫国,国际计算机学会主席维基·汉森(Vicki L. Hanson)。另经核实,背板上的10Hz为论文入选时的数据。

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。成果发表于今年全球超级计算大会上,论文题目为《基于“神威·太湖之光”的18.9-Pflops非线性地震模拟:实现对18Hz和8m情景的描述》(18.9-Pflops Nonlinear Earthquake Simulation on Sunway TaihuLight: Enabling Depiction of 18-Hz and 8-Meter Scenarios)。付昊桓、清华大学计算机系博士生何聪辉、计算机系副教授薛巍,南方科技大学地球与空间科学系陈晓非院士为论文共同通讯作者。团队中共有5人来自清华大学。

地震会产生巨大的影响和破坏作用。即使在科技高度发达的今天,预测地震的手段仍非常有限,世界各国的科学家和工程师们都在努力研究和模拟地震。更为精确地模拟大地震,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。为此,科学界一直在努力开发更为精准的地震模拟工具以重现地震过程,以此探索地震的发生与传播规律,进而将模拟结果与其它技术相结合,在地震高发区对各项基础设施进行合理规划设计,以防患于未然。

基于“神威·太湖之光”超级计算机的强大计算能力,由清华领衔的研究团队成功设计了高可扩展性的非线性地震模拟工具。该工具充分发挥国产处理器在存储、计算等方面的优势,可实现高达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。该工具首次实现了对唐山大地震(M7.8, 1976)发生过程的高分辨率精确模拟,使科学家可以更好地理解唐山大地震的影响,对地震预防预测等具有重要意义。

唐山大地震模拟结果图。

除此之外,以付昊桓为第一作者的“全球气候模式的高性能模拟”研究也入围“戈登·贝尔”奖,在该奖2017年三项获提名研究中占据两席。

随着人类活动范围和强度日益增加,全球性气候变化、资源和环境问题成为摆在各国面前的共同挑战,也是未来人类共同命运之所系。全球气候模式是理解全球气候变化规律、预测与预防未来极端气候灾害的重要工具。目前,运用全球气候模式开展深入研究所带来的海量的模拟数据、巨大的模拟区域、复杂的变化过程等诸多问题,使实现高分辨率、高可扩展性与高性能的气候模式模拟变得更具挑战性;对方法优化、计算机性能等提出了全新要求。

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,根据“神威·太湖之光”超级计算机的系统特点,设计了从进程到线程的一整套优化方案,并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平台上,并利用千万核规模对25公里分辨率实现了每天计算3.4年的模拟。对模式的动力框架部分,更是实现了千万核规模下750米的分辨率,及3.3PFlops的计算性能。基于该成果,团队实现了对卡特里娜飓风整个生命周期的准确模拟。该工作的成功完成,对未来面向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。

25km高分辨率全球大气模式对卡特里娜飓风的模拟。

未来,清华大学地球系统科学系将立足自身学科特点,推动我国地球系统模式与高性能计算的学科交叉和合作研究,培养面向地球系统模式发展的青年人才。依托“神威·太湖之光”超级计算机,清华大学科研团队将继续在生物医药、机器学习、航空航天、工业制造、气候模拟、新材料和新能源等领域推动学科交叉,支持国家重大科技应用、先进制造等领域计算,开展更多具有挑战性的应用课题研究。

国产超算系统“神威·太湖之光”在今年全球超级计算大会上公布的500强榜单中再次卫冕世界第一、荣获四连冠。这也是包括“天河二号”“神威·太湖之光”等我国国产超算系统在世界超级计算机冠军宝座的十连冠。“神威·太湖之光”由国家并行计算机工程技术研究中心研制,安装在国家超级计算无锡中心,清华大学计算机系杨广文教授及团队负责运营。

四连冠获奖证书。

《基于“神威·太湖之光”的18.9-Pflops非线性地震模拟:实现对18Hz和8m情景的描述》一文其他合作作者还包括:清华大学计算机系教授杨广文、计算机系博士生陈炳炜,山东大学计算机系博士生殷泽坤、计算机系硕士生张庭坚、计算机系教授刘卫国,南方科技大学地球与空间科学系副教授张振国,中国科技大学地球与空间科学系博士生张文强,国家并行计算工程研究中心助理研究员尹万旺等。

高性能计算应用领域最高奖“戈登·贝尔”奖(ACM Gordon Bell Prize)设立于1987年,由美国计算机协会(Association for Computing Machinery, ACM)于每年11月在美国召开的超算领域国际会议(SC)颁发,旨在奖励时代前沿的并行计算研究成果,特别是高性能计算创新应用的杰出成就,被誉为“超级计算应用领域的诺贝尔奖”。

供稿:地学系 编辑:悸寔 华山 襄桦 田心

 

 

2017年11月17日 18:11:09  清华新闻网

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