八〇后“超算導(dǎo)師”付昊桓：超算軟件研發(fā)更需“愚公移山”精神

　這段時(shí)間，國家超級計(jì)算無錫中心副主任付昊桓一直關(guān)注著疫情藥物的篩選。如果有合適的軟件應(yīng)用，將會(huì)對超級計(jì)算機(jī)篩選過程提供強(qiáng)大助力。

　　“超級計(jì)算機(jī)為解決工程和科學(xué)中的重大難題而生?！备蛾换刚f，超級計(jì)算機(jī)不只是比速度，更是比應(yīng)用。

　　“神威·太湖之光”團(tuán)隊(duì)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(huì)（ISC）上。

　　在付昊桓介紹系統(tǒng)技術(shù)細(xì)節(jié)的大會(huì)報(bào)告之后，數(shù)以千計(jì)的國際同行頻繁穿梭于幾平方米的神威展臺(tái)，以至于會(huì)展結(jié)束時(shí)，展臺(tái)的地毯都翹了起來。

　　“神威·太湖之光”雖榮登“全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)”榜首，但西方國家對中國“純國產(chǎn)”超級計(jì)算機(jī)“神威”的威力還持懷疑態(tài)度。

　　半年后，在美國鹽城湖舉辦的世界超算大會(huì)（SC）上，國際超算應(yīng)用領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)“戈登貝爾獎(jiǎng)”揭曉。當(dāng)時(shí)，全球共計(jì)6個(gè)超算研究項(xiàng)目入選“戈登貝爾獎(jiǎng)”提名，其中3個(gè)項(xiàng)目來自中國。付昊桓參與的“千萬核可擴(kuò)展大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”最終摘得桂冠。這是自1987年“戈登貝爾獎(jiǎng)”設(shè)立以來，中國科研團(tuán)隊(duì)首次獲獎(jiǎng)。

　　第二年，付昊桓主持的兩個(gè)項(xiàng)目——“非線性地震模擬”和“全球氣候模式的高性能模擬”項(xiàng)目又入圍了“戈登貝爾獎(jiǎng)”，占當(dāng)年入圍項(xiàng)目的2/3。其中，“非線性地震模擬”再次獲獎(jiǎng)，蟬聯(lián)“戈登貝爾獎(jiǎng)”。

　　作為一名80后，付昊桓在本科、碩士、博士階段攻讀的都是計(jì)算機(jī)科學(xué)，在博士后階段，他突然轉(zhuǎn)向研究地球物理。后來，他回到清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系任教。

　　如此選擇，源于他攻讀博士學(xué)位期間與一位地球物理領(lǐng)域研究者的合作。他們的暑期研究項(xiàng)目雖然只進(jìn)行了一兩個(gè)月，但最終成果受到廣泛關(guān)注，最后被來自意大利的石油公司應(yīng)用到生產(chǎn)中。

　　交叉學(xué)科的魅力，一下子吸引了付昊桓。原本打算畢業(yè)后進(jìn)入產(chǎn)業(yè)界的他再次選擇科研。

　　“剛開始進(jìn)行交叉學(xué)科研究有些痛苦，需要一段時(shí)間的磨合期?！彼f，他學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)，其他教師研究地球物理、氣象氣候等地球科學(xué)。起初，雙方講專業(yè)術(shù)語，互相都聽不懂。“但時(shí)間久了，我們就能感受到學(xué)科之間的互相碰撞，產(chǎn)生了火花?！?/span>

　　“其實(shí)超級計(jì)算機(jī)本身就是一個(gè)跨學(xué)科平臺(tái)?！备蛾换刚f，超級計(jì)算機(jī)是由各個(gè)不同科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)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(gè)交叉平臺(tái)：上層是用戶和應(yīng)用，中層是算法，下層是超算架構(gòu)。

　　“這和跨學(xué)科、跨機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)是一樣的，只有上下都貫穿起來，才能系統(tǒng)性地解決問題?！备蛾换笇⑦@種跨學(xué)科合作研究，概括為“和而不同”?！昂?，即合作的心態(tài)；不同，即不同的學(xué)科、不同的能力、不同的理解。不同學(xué)科的融合，才會(huì)自然產(chǎn)生更強(qiáng)的創(chuàng)新能力?！?/span>

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

　　當(dāng)時(shí)正值“神威·太湖之光”超級計(jì)算機(jī)研制與組裝的關(guān)鍵時(shí)期，付昊桓帶領(lǐng)來自清華大學(xué)和北京師范大學(xué)的20多名師生來到無錫，以用戶的身份，基于正在建設(shè)中的“神威·太湖之光”進(jìn)行全球氣候模式軟件的研發(fā)。

　　研發(fā)初期，超算中心的基礎(chǔ)設(shè)施尚不完備，僅有的幾臺(tái)空調(diào)只能用來給機(jī)器降溫，以保證機(jī)器的運(yùn)行。他們每天都要在蒸籠一樣的環(huán)境中，從早到晚地做程序開發(fā)和測試。無奈之下，他們買來10多個(gè)落地大電扇。盡管如此，每天結(jié)束工作，他們每個(gè)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(lǐng)先的超算平臺(tái)進(jìn)行軟件應(yīng)用研發(fā)，對于付昊桓來說是個(gè)彌足珍貴的機(jī)會(huì)。特別是沖擊“戈登貝爾獎(jiǎng)”的項(xiàng)目中，有難得的機(jī)會(huì)用神威系統(tǒng)上千萬的計(jì)算核心來進(jìn)行突破性的探索和嘗試。

　　為了爭分奪秒地進(jìn)行項(xiàng)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(jì)算任務(wù)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　更大的挑戰(zhàn)則來自軟件的生態(tài)。由于神威采用的是全國產(chǎn)的新型片上融合異構(gòu)芯片，原有的基于x86架構(gòu)設(shè)計(jì)的大量科學(xué)及工程計(jì)算軟件，無法直接在神威上高效運(yùn)行。

　　作為付昊桓在清華大學(xué)帶的第一個(gè)博士生，甘霖說，正常的應(yīng)用也就幾千到幾萬行代碼，而他們當(dāng)時(shí)面對的地球系統(tǒng)模式代碼是近百萬行。這些是各國氣候?qū)W家在過去幾十年里積累下來的對大氣、海洋、陸面、海冰等各個(gè)圈層變化機(jī)制的理解，每個(gè)人寫代碼的風(fēng)格不同。為此，他們需要逐步進(jìn)行代碼的轉(zhuǎn)換、移植乃至重新設(shè)計(jì)，最后為“神威·太湖之光”超級計(jì)算機(jī)所用，這是個(gè)“愚公移山”的過程。

　　從2015到現(xiàn)在，他們團(tuán)隊(duì)持續(xù)工作，該項(xiàng)目仍在不斷更新。超算大會(huì)主席表示，他們所做的工作讓人無法想象，這個(gè)工作如此繁重，他們卻有如此的信心和耐心。

　　2017年，他們的應(yīng)用精確模擬了2005年8月發(fā)生在美國的卡特里娜颶風(fēng)，成為當(dāng)年全球入圍“戈登貝爾獎(jiǎng)”的3個(gè)應(yīng)用之一。

　　此后，他們進(jìn)一步與國家氣象局以及新能源企業(yè)展開深入合作，提供業(yè)務(wù)支持。付昊桓最大的心愿就是，在國產(chǎn)超算硬件的基礎(chǔ)上，推動(dòng)國產(chǎn)軟件生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，服務(wù)更多的用戶，解決更多的實(shí)際應(yīng)用難題。 （記者 李超 實(shí)習(xí)生 秦悅）