北京時間11月17日凌晨，由清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系副教授付昊桓等共同領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊所完成的“非線性地震模擬”獲得國際高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎“戈登?貝爾”獎。
設(shè)計實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展性的非線性地震模擬應(yīng)用平臺，是超級計算機(jī)在地震災(zāi)害研究方面的一次成功應(yīng)用。這是我國繼去年實(shí)現(xiàn)在此獎項上零的突破后，第二次獲得這一高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域的最高獎項。
（1）基于中國全自主研發(fā)的“神威·太湖之光”超級計算機(jī)的強(qiáng)大計算能力
據(jù)介紹，這一成果基于中國全自主研發(fā)的“神威·太湖之光”超級計算機(jī)的強(qiáng)大計算能力，由清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系、計算機(jī)系與山東大學(xué)、南方科技大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、國家并行計算機(jī)工程技術(shù)研究中心和國家超級計算無錫中心等單位共同完成。
“神威·太湖之光”是世界上首臺峰值運(yùn)算性能超過每秒十億億次浮點(diǎn)運(yùn)算能力的超級計算機(jī)，也是我國第一臺全部采用國產(chǎn)處理器構(gòu)建的世界排名第一的超級計算機(jī)，由國家并行計算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制。它的應(yīng)用領(lǐng)域涉及天氣氣候、航空航天、先進(jìn)制造、生物醫(yī)藥、新材料、新能源等19個方面，支持國家重大科技應(yīng)用、先進(jìn)制造等領(lǐng)域解算任務(wù)幾百項，取得了很多重要成果。 “超級計算機(jī)的研發(fā)是為了幫人類處理高難度的計算、解決問題，超級計算機(jī)的可持續(xù)發(fā)展，要與產(chǎn)業(yè)發(fā)展、學(xué)科發(fā)展相結(jié)合，需要各專業(yè)人才、交叉領(lǐng)域團(tuán)隊的共同努力?！?國家超級計算無錫中心主任、清華大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系教授楊廣文介紹。
在運(yùn)算過程中，“神威·太湖之光”充分發(fā)揮了國產(chǎn)處理器在存儲、計算資源等方面的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)18.9PFlops（每秒1億8千9百萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算）的非線性地震模擬，也是國際上首次實(shí)現(xiàn)如此大規(guī)模下的高分辨率、高頻率的非線性可塑性地震模擬。
據(jù)了解，這樣高效率的取得，也離不開研究團(tuán)隊的新算法。為了使超級計算機(jī)達(dá)到最好的效能，研究團(tuán)隊設(shè)計了精巧的算法，解決了超級計算機(jī)計算過程中普遍存在的“內(nèi)存帶寬受限”問題，擴(kuò)展至全機(jī)超千萬核取得超過15 Pflops（每秒1億5千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算）的持續(xù)性能。這對超級計算機(jī)來說，可謂是如虎添翼。
戈登·貝爾獎設(shè)立于1987年，是國際高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域的最高獎項，旨在鼓勵將超級計算機(jī)的超強(qiáng)計算能力投入應(yīng)用之中。過去30年中，美、日研究人員憑借運(yùn)行在美國“泰坦”超級計算機(jī)、日本“京”超級計算機(jī)上的應(yīng)用，都曾連續(xù)獲得該獎項。近年來，隨著中國在超級計算機(jī)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，中國已經(jīng)打破美、日壟斷，在超級計算機(jī)設(shè)計、性能及應(yīng)用領(lǐng)域都展現(xiàn)出了強(qiáng)大的競爭力，取得國際領(lǐng)先地位。
（2）是超級計算機(jī)在地震災(zāi)害研究方面的一次成功應(yīng)用
本次獲得“戈登·貝爾”獎的成果“非線性地震模擬”，設(shè)計實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展性的非線性地震模擬應(yīng)用平臺，是超級計算機(jī)在地震災(zāi)害研究方面的一次成功應(yīng)用。
有學(xué)者介紹，即使是在科技高度發(fā)展的今天，預(yù)測地震仍然是世界性難題。地震等地質(zhì)災(zāi)害對生命健康、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展產(chǎn)生巨大的破壞，不斷驅(qū)動科學(xué)家和工程師們?nèi)パ芯?、模擬甚至預(yù)測地震。中國是地震災(zāi)害嚴(yán)重的國家，分布有23條地震帶，而在這些可能會受到地震強(qiáng)烈影響的區(qū)域內(nèi)，分布著許多重要交通干線、重大水電工程、大型礦山等生產(chǎn)設(shè)施和約21%的人口，對中國來說，地震研究極為重要。
盡管目前地震的發(fā)生仍無法預(yù)測，但對地震的模擬研究，能夠幫助人們了解地震造成破壞的過程，了解地震對不同地理面貌的破壞程度，從而對地震之后次生災(zāi)害發(fā)生前的避難和疏散提供重要幫助，降低與預(yù)防地震災(zāi)害所帶來的巨大損失，為人類與自然災(zāi)害的抗?fàn)幾鞒鲐暙I(xiàn)。
“非線性地震模擬”項目首次實(shí)現(xiàn)了對1976年唐山大地震的高分辨率精確模擬，使得科學(xué)家可以更好地理解唐山大地震所造成的影響，并對未來地震預(yù)防預(yù)測等研究具有重要的借鑒意義。
研究團(tuán)隊選取了唐山大地震震源附近達(dá)320公里×312公里×40公里的空間區(qū)域，以0.001秒為時間單位，精確模擬了該區(qū)域在地震發(fā)生后150秒內(nèi)的地質(zhì)變化，分辨率可達(dá)到8米，頻率可達(dá)到18Hz。分辨率越高，頻率越高，對地震的模擬越精確，對高頻信息的刻畫越準(zhǔn)確。而在此之前，美國團(tuán)隊在“泰坦”超級計算機(jī)上運(yùn)行的地震模擬，分辨率和頻率只有20米、10Hz。
預(yù)測地震的主要困難在于要同時對時間、空間和地震強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測，而將地震預(yù)測問題轉(zhuǎn)化為地震模擬“亞”問題，對已知地點(diǎn)發(fā)生的地震進(jìn)行時間、地震強(qiáng)度的模擬，針對余震預(yù)測、震級-頻度關(guān)系、基于地震過程情景模擬的震害預(yù)測等進(jìn)行研究，難度大幅降低，同時對抗震防災(zāi)同樣有重要意義。付昊桓團(tuán)隊主要聚焦進(jìn)行特定地點(diǎn)的地震場景模擬，不僅要研究基于斷層動力學(xué)破裂的震源產(chǎn)生過程，還要模擬基于量性波動模型的地震波傳播過程，既要研究地震怎么來的，又要研究地震怎么在空間中傳播的。
“盡管地震無法預(yù)測，但是基于這個模型，我們量化評估每個地點(diǎn)在發(fā)生地震時受到的災(zāi)害有多大，對防災(zāi)減災(zāi)、城市規(guī)劃設(shè)計有著重要意義。而最終的奮斗目標(biāo)，則是要把科學(xué)更快地轉(zhuǎn)化為對人民有用的服務(wù)。”付昊桓表示。（人民日報中央廚房·半畝方塘工作室 趙婀娜 侯文曉）
