近日,中國科學院大氣物理研究所海洋模式研發(fā)團隊(成員包括林鵬飛,鄭偉鵬,王鵬飛,魏吉林,于江風,張家康,周彥志,劉海龍)聯(lián)合嶗山實驗室、中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心等研發(fā)團隊開展的工作《Kilometer-Scale?AI-Powered and ?Performance-Portable ?Earth ?System ?Model (AP3ESM) to Achieve Year-Scale Simulation Speed on Heterogeneous Supercomputers》入圍2025年戈登·貝爾氣候建模獎。該項成果在8月15日舉行的中國計算機學會(CCF)主辦的第21屆CCF全國高性能計算學術(shù)年會上,獲得了CCF HPC China 2025“超算年度最佳應用”獎。
本項工作是基于2024入圍戈登·貝爾氣候建模獎工作發(fā)展的國產(chǎn)超高分辨率全球氣候海洋模式(LICOMK++),耦合了國產(chǎn)超高分辨率全球大氣環(huán)流模式(GRIST),構(gòu)建了公里級的地球系統(tǒng)模式(AP3ESM)。模式采用了Kokkos和OpenMP的性能可移植技術(shù),嵌入人工智能增強的物理參數(shù)化、混合精度計算、自適應并行算法等優(yōu)化技術(shù)。在神威·海洋之光系統(tǒng)上,3km大氣和2km海洋模式耦合的地球系統(tǒng)模式(3v2)可擴展至接近4000萬核心,模式的峰值速度達到每天1.01模擬年(圖1)。模擬驗證結(jié)果發(fā)現(xiàn)該模式能夠清晰地再現(xiàn)大氣、海洋的中小尺度環(huán)流特征(圖2)。公里級地球系統(tǒng)模式的突破為實現(xiàn)全球天氣-氣候無縫隙、精細化預報邁出了堅實的一步。
該成果得到國家自然科學基金(92358302)、國家重點研發(fā)計劃(2022YFC3104802)、中國科學院先導專項(XDB0500303)、懷柔科學城成果落地項目(Z231100006623004)等項目資助,以及神威海洋之光、東方超算、地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置等超算平臺的鼎力支持。

圖1?耦合模式的計算規(guī)模和速度現(xiàn)狀

圖2(a)3v2的AP3ESM模擬的大氣降水和海表流速,方框標記出來的是超強臺風“杜蘇芮”;(b)1km的GRIST模擬的總云量;(c)1km的LICOM模擬的海表動能。
Kai Xu, Maoxue Yu, Yuhu Chen, Jie Gao, Shuang Wang, Jiaying Song, Xiaohui Duan, Junlin Wei, Jiangfeng Yu, Hailong Liu?, Jinrong Jiang?, Yi Zhang?, Pengfei Lin?, Tianyi Wang, Pengfei Wang, Weipeng Zheng, Jingwei Xie, Jiakang Zhang, Zilu Liu, Xiaoyu Jin, Jilin Wei, Qixin Chang, Qingxia Lin, Yanzhi Zhou, Yiwen Li, Weiguo Liu, Wei Xue, Haohuan Fu, Yue Yu, Xuebin Chi, Lixin Wu. 2025, Kilometer-Scale AI-Powered and Performance-Portable Earth System Model (AP3ESM) to Achieve Year-Scale Simulation Speed on Heterogeneous Supercomputers. SC25: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (CCF-A), Accepted.
戈登·貝爾(GB)獎是由世界計算機協(xié)會(ACM,Association for Computing Machinery)于1987年設立的國際高性能計算應用領域最高獎項,旨在表彰并行計算與高性能計算應用的突破性成果。從 2023 年開始,設立戈登·貝爾氣候建模獎,為期十年,以表彰氣候科學家和軟件工程師的貢獻。
CCF?HPC?China年度超算最佳應用獎是中國高性能計算領域最具權(quán)威性和影響力的獎項之一,該獎項設立的初衷是表彰國內(nèi)在超算應用中取得重大創(chuàng)新突破、具備突出科學價值與工程影響力的成果,代表了我國超算應用研究的最高水平。