[00788446]面向气象气候模拟软件的千万核可扩展并行与优化方法及应用支撑技术

超级计算机，是面向国家重大需求的高技术信息基础设施。近年来，在国家的持续投入下，“神威”、“天河”等国产超级计算机已连续十次蝉联世界第一。与硬件飞速发展相比，国产软件与应用的发展还相对滞后。现有科学及工程计算软件，多数仅针对传统的同构处理器架构，并行方案也仅考虑数千至数万进程规模，无法适用于以“神威·太湖之光”为代表的新一代异构众核超级计算机。针对上述问题，该项目聚焦关系国计民生的气象与气候模拟软件，通过计算机科学与地球科学的交叉融合，提出了千万核可扩展的并行与优化方法及应用支撑技术，将国产超级计算机高效应用于气象/气候领域的科研创新与生产实践。 主要创新包括：(1)千万核可扩展的并行方法。以“进程-线程”两层级并行为总体框架，提出一套基于新型几何流水线不完全分解技术的全隐式求解算法，实现了国际上首个千万核规模的全隐式求解器和谱元法大气动力框架。(2)协同考虑架构与应用特点的系统性优化方法。以综合考虑“混合精度计算”、“数据划分”、“计算/访存与计算/通信重叠”、“定制化缓存方案”等不同策略的系统性优化方法，有效将国产超级计算机的算力提升转化为气象/气候模拟能力的提升。(3)针对大型复杂软件的弹性应用支撑技术。以性能分析、自动化循环变换、内存空间估计及管理等一系列的辅助性工具，实现气象/气候领域复杂软件的海量代码迁移和重新设计；并在调度和运行方面精确探索不同应用向硬件适配的最佳映射。(4)基于国产超级计算机，打造气象/气候国产软件生态环境。基于上述创新性方法，项目团队研发出地球系统模式、气候资源大数据产品制作平台、区域气候预测系统、全球气象预报系统、智慧风场设计平台等一系列软件产品与服务，在全球气候变化研究、汛期气候预测、全国及全球尺度天气预报、全球范围新能源开发与运维管理等关键领域发挥重大作用，近两年创造新增销售60亿元以上。 上述工作中，千万核可扩展的隐式求解器于2016年获得国际高性能计算应用领域的最高奖“戈登·贝尔”奖，是该奖项设立29年来中国研究团队首次获奖；完成接近大气模拟程序的重新设计以及千万核可扩展的谱元法动力框架，入围2017年“戈登·贝尔”奖(全球仅三项成果入围)。习总书记在2018年5月的两院院士大会讲话上专门提及并指出，“我们着力推进面向国家重大需求的战略高技术研究，超级计算机连续10次蝉联世界之冠，采用国产芯片的‘神威·太湖之光’获得高性能计算应用最高奖‘戈登·贝尔’奖”。其他奖项包括，2017年世界互联网大会乌镇峰会领先科技成果(全球仅14项入选)，FPL国际会议25年来最有影响力文章(1765篇文章中的27篇之一)。国家超级计算无锡中心于改革开放四十周年之际，被省委省政府表彰为该省20家“为江苏改革开放作出突出贡献的先进集体”之一。