中国科学院：高性能计算助力科研突破
中国科学院：高性能计算助力科研突破
近日，中国科学院在第20届CCF全国高性能计算学术年会上斩获重要奖项。基于“东方”和新一代神威超级计算系统研发的“跨多异构超级计算机的全球公里尺度性能可移植海洋模式”获得“CCF HPC China 2024超算年度最佳应用奖”，这一成果不仅解决了国内外主流超算系统面临的“编程墙”问题，更为预估未来气候变化、预测极端气候事件提供了有力的技术支撑。
这一突破性成果的背后，是中国科学院在高性能计算（High-Performance Computing，HPC）领域持续深耕的结晶。作为中国高性能计算领域的领军机构，中科院在HPC领域的创新成果正在为多个学科领域的科研突破注入强大动力。
“东方”超算：国产HPC的最新力作
“东方”超级计算系统是中科院新一代国产异构超级计算机的代表作。该系统采用国产X86架构处理器和GPGPU加速器的混合架构设计，峰值性能卓越。其200Gbps高速网络实现了计算节点的全互联，能够支持大规模复杂任务的求解。系统配备超过100PB的高性能并行存储，支持多任务高速并发读写。
在软件层面，“东方”支持MPI、OpenMP、ROCm等多种并行计算模式，并部署了70余种涵盖物理、化学、材料、生物、气象、AI等领域的科学计算软件。这种软硬件协同优化的设计，使其成为支撑我国基础学科和前沿科学研究的重要信息化基础设施。
跨领域应用：HPC助力科研突破
“东方”超级计算系统的强大性能已经在多个领域得到验证，推动了一系列重大科研突破。
海洋科学：全球公里尺度海洋环流模式
在海洋科学研究领域，中科院计算机网络信息中心与大气物理研究所合作，基于“东方”超算系统开发了全球1公里分辨率的性能可移植海洋环流模式LICOMK++。该模式在“东方”上实现了16000个DCU卡的超大规模并行计算，突破了1模式年每天的性能挑战，成功模拟了海洋中尺度和亚中尺度结构，加深了科学界对气候变化的理解。这一成果不仅获得了2024年度CCF HPC China超算年度最佳应用奖，还获得了ACM戈登·贝尔气候建模奖的提名。
天文：万亿量级宇宙大尺度结构模拟
在天文学领域，中科院国家天文台与计算机网络信息中心合作，基于“东方”系统实现了万亿量级的超高解析度宇宙大尺度结构模拟。通过自主开发的N体模拟软件PHoToNS-HIP，研究团队基于LCDM模型在“东方”整机上完成了这一超大规模模拟，为更准确地模拟星系形成和演化、支撑巡天研究奠定了基础。
生物医药：超大规模药物虚拟筛选
在生物医药领域，“东方”系统为抗疫研究提供了强大的计算支持。针对超大规模药物虚拟筛选的挑战，研究团队设计实现了“树”形多层级任务分发系统，通过多层级智能调度、动态负载均衡等技术，实现了快速高效稳定的药物筛选计算，计算效率达到近线性。
材料科学：人工智能支持的材料结构预测
在材料科学领域，基于“东方”系统的算力优势，研究团队开发了人工智能支持的材料结构预测软件。该软件通过机器学习方法训练结构能量预测模型，创新性地提出了新的材料特征描述方法，显著提升了材料结构预测的准确性。
核心技术突破：打造自主可控的HPC系统
中科院在高性能计算领域的成就，离不开其在核心技术方面的持续突破。以计算所高性能计算机研究中心智能超算攻关小组为例，这支荣获“科技创新先锋团队”称号的队伍，在多个关键技术领域取得了重要进展：
- 突破了国产高性能服务器处理器芯片性能的技术瓶颈
- 研制了国内首款兼容主流商业标准的互连芯片
- 在国际上率先实现了HPC和AI融合建模的技术突破
这些技术突破不仅填补了国内通用安全可控先进计算系统的空白，更为我国研制E级超算系统奠定了坚实基础。团队的多项成果已达到国际领先水平，展现了我国在高性能计算领域的自主创新实力。
展望未来：HPC驱动科技创新
中国科学院在高性能计算领域的持续创新，正在为我国的科技创新注入强大动力。从气候变化预测到宇宙起源探索，从新药研发到新材料发现，高性能计算正在成为推动科学研究和工程设计的关键工具。随着技术的不断发展，我们有理由相信，中科院的高性能计算平台将在更多领域创造新的科研突破，为我国的科技创新事业做出更大贡献。