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八〇後“超算導師”付昊桓:超算軟件研發更需“愚公移山”精神
2020-06-03 08:14:52 來源: 中國青年報
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  這段時間,國家超級計算無錫中心副主任付昊桓一直關注著疫情藥物的篩選。如果有合適的軟件應用,將會對超級計算機篩選過程提供強大助力。

  “超級計算機為解決工程和科學中的重大難題而生。”付昊桓説,超級計算機不只是比速度,更是比應用。

  “神威·太湖之光”團隊在國際范圍的首次亮相,是2016年6月21日德國法蘭克福的國際超算大會(ISC)上。

  在付昊桓介紹係統技術細節的大會報告之後,數以千計的國際同行頻繁穿梭于幾平方米的神威展臺,以至于會展結束時,展臺的地毯都翹了起來。

  “神威·太湖之光”雖榮登“全球超級計算機500強”榜首,但西方國家對中國“純國産”超級計算機“神威”的威力還持懷疑態度。

  半年後,在美國鹽城湖舉辦的世界超算大會(SC)上,國際超算應用領域的最高獎“戈登貝爾獎”揭曉。當時,全球共計6個超算研究項目入選“戈登貝爾獎”提名,其中3個項目來自中國。付昊桓參與的“千萬核可擴展大氣動力學全隱式模擬”最終摘得桂冠。這是自1987年“戈登貝爾獎”設立以來,中國科研團隊首次獲獎。

  第二年,付昊桓主持的兩個項目——“非線性地震模擬”和“全球氣候模式的高性能模擬”項目又入圍了“戈登貝爾獎”,佔當年入圍項目的2/3。其中,“非線性地震模擬”再次獲獎,蟬聯“戈登貝爾獎”。

  作為一名80後,付昊桓在本科、碩士、博士階段攻讀的都是計算機科學,在博士後階段,他突然轉向研究地球物理。後來,他回到清華大學地球係統科學係任教。

  如此選擇,源于他攻讀博士學位期間與一位地球物理領域研究者的合作。他們的暑期研究項目雖然只進行了一兩個月,但最終成果受到廣泛關注,最後被來自意大利的石油公司應用到生産中。

  交叉學科的魅力,一下子吸引了付昊桓。原本打算畢業後進入産業界的他再次選擇科研。

  “剛開始進行交叉學科研究有些痛苦,需要一段時間的磨合期。”他説,他學計算機專業,其他教師研究地球物理、氣象氣候等地球科學。起初,雙方講專業術語,互相都聽不懂。“但時間久了,我們就能感受到學科之間的互相碰撞,産生了火花。”

  “其實超級計算機本身就是一個跨學科平臺。”付昊桓説,超級計算機是由各個不同科學領域的科學家用戶用來解決“宇宙的起源”“黑洞的形成”“全球的氣候變化”等超級問題的一個交叉平臺:上層是用戶和應用,中層是算法,下層是超算架構。

  “這和跨學科、跨機構的研究團隊是一樣的,只有上下都貫穿起來,才能係統性地解決問題。”付昊桓將這種跨學科合作研究,概括為“和而不同”。“和,即合作的心態;不同,即不同的學科、不同的能力、不同的理解。不同學科的融合,才會自然産生更強的創新能力。”

  2015年底,付昊桓被任命為國家超級計算無錫中心副主任。而他與“神威·太湖之光”的緣分早在當年夏天就已開始。

  當時正值“神威·太湖之光”超級計算機研制與組裝的關鍵時期,付昊桓帶領來自清華大學和北京師范大學的20多名師生來到無錫,以用戶的身份,基于正在建設中的“神威·太湖之光”進行全球氣候模式軟件的研發。

  研發初期,超算中心的基礎設施尚不完備,僅有的幾臺空調只能用來給機器降溫,以保證機器的運行。他們每天都要在蒸籠一樣的環境中,從早到晚地做程序開發和測試。無奈之下,他們買來10多個落地大電扇。盡管如此,每天結束工作,他們每個人都像洗了“汗水澡”,全身濕透。

  基于“神威·太湖之光”這樣世界領先的超算平臺進行軟件應用研發,對于付昊桓來説是個彌足珍貴的機會。特別是衝擊“戈登貝爾獎”的項目中,有難得的機會用神威係統上千萬的計算核心來進行突破性的探索和嘗試。

  為了爭分奪秒地進行項目測試,付昊桓和其他成員都幾乎開啟了“7×24”的工作模式,大家交替休息,在有限的測試窗口保證計算任務持續運轉。

  更大的挑戰則來自軟件的生態。由于神威採用的是全國産的新型片上融合異構芯片,原有的基于x86架構設計的大量科學及工程計算軟件,無法直接在神威上高效運行。

  作為付昊桓在清華大學帶的第一個博士生,甘霖説,正常的應用也就幾千到幾萬行代碼,而他們當時面對的地球係統模式代碼是近百萬行。這些是各國氣候學家在過去幾十年裏積累下來的對大氣、海洋、陸面、海冰等各個圈層變化機制的理解,每個人寫代碼的風格不同。為此,他們需要逐步進行代碼的轉換、移植乃至重新設計,最後為“神威·太湖之光”超級計算機所用,這是個“愚公移山”的過程。

  從2015到現在,他們團隊持續工作,該項目仍在不斷更新。超算大會主席表示,他們所做的工作讓人無法想象,這個工作如此繁重,他們卻有如此的信心和耐心。

  2017年,他們的應用精確模擬了2005年8月發生在美國的卡特裏娜颶風,成為當年全球入圍“戈登貝爾獎”的3個應用之一。

  此後,他們進一步與國家氣象局以及新能源企業展開深入合作,提供業務支持。付昊桓最大的心願就是,在國産超算硬件的基礎上,推動國産軟件生態的可持續發展,服務更多的用戶,解決更多的實際應用難題。 (記者 李超 實習生 秦悅)

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【糾錯】 責任編輯: 周楚卿
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