那些追著超算跑的科學(xué)家

來源：中國教育報(bào) 2016-11-19 蔣芳 蔡玉高

　　18日揭曉的“戈登貝爾獎(jiǎng)”讓中國超算應(yīng)用團(tuán)隊(duì)成為世界矚目的焦點(diǎn)。他們成功背后有著怎樣的經(jīng)歷與感受？追逐速度的意義是什么？記者專訪了三支入圍該獎(jiǎng)項(xiàng)的中國科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)人員。

　　作為此次獲得“戈登貝爾獎(jiǎng)”的“千萬核可擴(kuò)展全球大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”應(yīng)用項(xiàng)目的核心成員之一，北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院教授王蘭寧仍記得20多年前第一次聽說“超級(jí)計(jì)算機(jī)”的情形。

　　當(dāng)年，還在陜西省氣象臺(tái)工作的王蘭寧資歷尚淺，只是耳聞了不少關(guān)于超算的“傳說”，如美國人把一臺(tái)超算賣給我國，用不透明的玻璃包得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，全國只有幾位科學(xué)家能得見真容，而且是在美國人的監(jiān)視下，一旦工作完成，必須馬上離開。

　　“那個(gè)所謂的超算，如今看來充其量是一臺(tái)高性能工作站，但彼時(shí)卻是一座難以企及的高峰。受制于這塊‘技術(shù)飛地’，我國很多科研項(xiàng)目根本無從開展。”王蘭寧說。

　　為了徹底拆掉“玻璃房子”，我國IT產(chǎn)業(yè)走上了一條艱苦的自主突圍之路。上世紀(jì)90年代到本世紀(jì)初，我國逐步邁入獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造巨型機(jī)的國家之列，但仍因核心處理器等關(guān)鍵部件與技術(shù)的短板而受制于人。

　　“這直接導(dǎo)致我國雖是超算‘大買家’，卻沒有匹配的‘議價(jià)權(quán)’。”2002年，王蘭寧博士畢業(yè)就職于國家氣候中心，在參與設(shè)備采購時(shí)對(duì)此有了切膚之痛。“國外一些公司不僅報(bào)價(jià)高，而且在售后方面處處設(shè)限，有些根本就是霸王條款。”

　　清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心副教授黃小猛是“高分辨率海浪數(shù)值模擬”項(xiàng)目成員之一，“80后”的他也曾為技術(shù)落后而感慨。

　　2005年，在清華大學(xué)攻讀博士期間，黃小猛聽說系里耗費(fèi)1500萬元買了臺(tái)“大機(jī)器”，每秒運(yùn)算速度為1012，便興奮地跑去申請(qǐng)使用；“天河一號(hào)”研制成功時(shí)，他拿著美國地球系統(tǒng)公共模式，去“試跑”計(jì)算海洋模式；2012年、2013年，黃小猛帶領(lǐng)清華團(tuán)隊(duì)連續(xù)拿下世界大學(xué)生超算競(jìng)賽總冠軍和亞洲大學(xué)生超算競(jìng)賽冠軍。

　　“清華大學(xué)靠出色的技術(shù)和調(diào)試水平拿下世界第一，但比賽所用的應(yīng)用模式無一來自中國，等于說我們?cè)趧e人的規(guī)則下取得了勝利。”黃小猛說。

　　從曙光系列、天河系列到神威系列，隨著國產(chǎn)超算一步步實(shí)現(xiàn)逆襲，也帶領(lǐng)一批科學(xué)家的研究邁上了快速發(fā)展的軌道。國家超級(jí)計(jì)算無錫中心副主任付昊桓說：“同樣的科學(xué)理念，你有更好的機(jī)器，研究就可能更進(jìn)一步。”

　　“有超算之前，由于計(jì)算能力的限制，數(shù)值預(yù)報(bào)模式的水平分辨率很粗，云分辨模式無法在大氣模式當(dāng)中得到應(yīng)用。有了超算，就可以開展云分辨模擬。”王蘭寧說，“日本的天氣預(yù)報(bào)、災(zāi)害預(yù)報(bào)為什么很準(zhǔn)，就因?yàn)樗麄兊哪Ｊ剿椒直媛首罡咭呀?jīng)達(dá)到了870米，這是很高的水平。”

　　為了提高觀測(cè)精度，王蘭寧十幾年來追逐著超算發(fā)展的腳步。2011年，他在位于天津的“天河一號(hào)”上實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行模式水平分辨率為300公里的全球氣候模式的目標(biāo)；隨后，他又在濟(jì)南的“神威·藍(lán)光”上實(shí)現(xiàn)了模式水平分辨率為100公里的目標(biāo)；今年，他在無錫“神威·太湖之光”上實(shí)現(xiàn)了模式水平分辨率為3公里的全球大氣模式的試運(yùn)行。

　　與王蘭寧著眼于監(jiān)測(cè)“每一朵云”、黃小猛盯著“每一朵浪花”相似，中科院網(wǎng)絡(luò)中心的“鈦合金微結(jié)構(gòu)演化相場(chǎng)模擬”研究項(xiàng)目，最近幾年的推進(jìn)也得益于超算的發(fā)展。中科院超算中心研究人員周純葆說，“鑄劍”能否成功要看對(duì)溫度、鍛造力度、冷卻等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的掌控，古代憑感覺和經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在則憑借模擬技術(shù)。

　　“幾乎每出來一臺(tái)超算，我們都會(huì)想辦法去申請(qǐng)使用，做模擬計(jì)算。從美國的泰坦，到我國的天河系列、‘神威·太湖之光’，材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M程度的不斷提高，依賴于計(jì)算機(jī)發(fā)展速度的提升。”中科院超算中心研究員張鑒說，10年前，同樣項(xiàng)目的模擬精度，我們與國外先進(jìn)水平相差1000倍，如今則基本沒有差距。

　　科學(xué)家們?nèi)绱藞?zhí)著地追逐超算，歸根結(jié)底，是要解決人類面臨的重要問題。例如，“千萬核可擴(kuò)展全球大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”應(yīng)用項(xiàng)目之所以重要，是因?yàn)楫?dāng)前極端氣象事件的影響日趨嚴(yán)重，超算將提供發(fā)生可能性低但破壞性大的氣象事件預(yù)警，全面提高我國應(yīng)對(duì)極端氣象事件和自然災(zāi)害的減災(zāi)防災(zāi)能力。

　　“有效使用超算，可在更短時(shí)間內(nèi)完成重大研究。追著超算跑的意義不僅僅是贏得競(jìng)爭(zhēng)，更重要的是把機(jī)器用好，獲得更多的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，終極目標(biāo)是造福人類。”王蘭寧說。

編輯：苑苑