國(guó)際高性能計(jì)算大會(huì)SC23（The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis）官網(wǎng)于2023年8月8日公布了2023年度美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)ACM戈登·貝爾獎(jiǎng)（ACM Gordon Bell Prize）提名名單（圖1），ACM戈登·貝爾獎(jiǎng)評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)從眾多的投稿中選出了這6個(gè)項(xiàng)目。這些項(xiàng)目于2023年11月14-15日參加了在美國(guó)科羅拉多州丹佛市召開(kāi)的國(guó)際高性能計(jì)算大會(huì)SC23的現(xiàn)場(chǎng)答辯（決賽）。
圖1：2023年度ACM戈登·貝爾獎(jiǎng)提名名單
由浙江大學(xué)、清華大學(xué)和國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心等單位聯(lián)合開(kāi)展的“邁向渦輪機(jī)械流動(dòng)的百億億次級(jí)計(jì)算（Towards Exascale Computation for Turbomachinery Flows）”項(xiàng)目成功入圍了2023年度ACM戈登·貝爾獎(jiǎng)決賽。該項(xiàng)目研究源自航空航天行業(yè)，合作單位有中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院等。聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)由浙江大學(xué)的鄭耀教授、崔佳歡研究員，清華大學(xué)和國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心的楊廣文教授、劉釗等牽頭組成，得到了清華大學(xué)鄭緯民院士的指導(dǎo)。參研單位包括浙江大學(xué)、清華大學(xué)、國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心、太原理工大學(xué)、西交利物浦大學(xué)、英國(guó)劍橋大學(xué)、美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)和美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳校區(qū)。
浙江大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成員來(lái)自航空航天學(xué)院、ZJU-UIUC聯(lián)合學(xué)院和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院。航空航天學(xué)院的成員包括鄭耀教授、張繼發(fā)副教授、季廷煒副教授和謝芳芳副教授，ZJU-UIUC聯(lián)合學(xué)院的成員包括崔佳歡研究員、沈韡琦博士后、傅宇航博士生（計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院）和陶國(guó)成博士生（航空航天學(xué)院）。
圖2：項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的演示答辯文稿
基于神威系列超級(jí)計(jì)算機(jī)，研究團(tuán)隊(duì)面向超大規(guī)模高精度航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)熱力學(xué)模擬，成功實(shí)現(xiàn)了采用通量重構(gòu)（FR）方法的航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜流動(dòng)大渦模擬程序的開(kāi)發(fā)、并行化及計(jì)算測(cè)試（圖3和4）。
針對(duì)神威系列超算的架構(gòu)特性，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種多層次混合并行方案，深入優(yōu)化了主核處理單元（MPE）和眾核處理單元（CPE）之間的數(shù)據(jù)交換以及計(jì)算內(nèi)核的執(zhí)行順序和相互融合。由于FR方法的數(shù)據(jù)局部性較好，高階FR格式的矩陣計(jì)算強(qiáng)度高，矩陣運(yùn)算最高可占計(jì)算時(shí)間的60%。
研究團(tuán)隊(duì)的成果滿足了高復(fù)雜度、高精度、高保真度和高性能的具體計(jì)算要求。具體地，針對(duì)高復(fù)雜度的要求，該計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)程序?qū)哂卸鄠€(gè)數(shù)量級(jí)幾何特征的高壓渦輪葉片的氣動(dòng)熱力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了仿真模擬，算例幾何高度復(fù)雜。針對(duì)高精度的要求，該程序求解Navier-Stokes方程的數(shù)值精度最高可達(dá)8階。針對(duì)高保真度的要求，數(shù)值結(jié)果高度符合實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。針對(duì)高性能的要求，實(shí)現(xiàn)了115.8 DP-PFLOPs的持續(xù)峰值性能，并達(dá)到了89%的強(qiáng)擴(kuò)展并行效率。
圖3：跨聲速高壓渦輪LS89的Q準(zhǔn)則速度值的等值面
圖4：帶氣膜冷卻孔的高壓渦輪GE-E3靜葉吸入面溫度（冷卻孔有冷卻液噴出）
隨著超大規(guī)模異構(gòu)計(jì)算的發(fā)展和數(shù)值技術(shù)的進(jìn)步，研究團(tuán)隊(duì)證明了利用大渦模擬來(lái)解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜流動(dòng)的可行性。該工作為實(shí)現(xiàn)美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA提出的航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)數(shù)值模擬邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。
“戈登·貝爾獎(jiǎng)”被譽(yù)為國(guó)際高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的“諾貝爾獎(jiǎng)”，由美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)ACM（Association for Computing Machinery）每年評(píng)選和頒發(fā)，獎(jiǎng)勵(lì)在世界領(lǐng)先的高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域具有突出成就的工作，具有巨大的國(guó)際影響力。具體評(píng)選涉及多個(gè)方面，包括目標(biāo)問(wèn)題的重要性、性能優(yōu)化、目標(biāo)系統(tǒng)性能的最大利用率，以及為廣泛傳播的平臺(tái)提供的知識(shí)。
今年，戈登·貝爾獎(jiǎng)評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)從眾多參賽團(tuán)隊(duì)中選出了6個(gè)團(tuán)隊(duì)入圍，課題涉及多個(gè)科研領(lǐng)域，包括材料科學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、核模擬、地震處理和生物分子模擬。入圍團(tuán)隊(duì)使用的硬件平臺(tái)也包括世界一流的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：Frontier（ORNL，美國(guó)）、新一代神威系統(tǒng)（中國(guó)）、LUMI（EuroHPC/CSC，芬蘭）、Leonardo（EuroHPC/Cineca，意大利）、Cerebras CS-2（KAUST，沙特阿拉伯）和Perlmutter（NERSC，美國(guó)）。今年最終得獎(jiǎng)的是美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)、印度科學(xué)學(xué)院和美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室組成的團(tuán)隊(duì)，他們使用了目前世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)Frontier。
另外，2023年8月26日，在2023年中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)CCF全國(guó)高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會(huì)（CCF HPC China 2023）上，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的研究成果曾榮獲“2023年度中國(guó)超算最佳應(yīng)用”獎(jiǎng)（每年1項(xiàng)）。作為高性能計(jì)算領(lǐng)域全球最具影響力的三大超算盛會(huì)之一，該會(huì)議旨在通過(guò)前沿學(xué)術(shù)成果交流，創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)展示，促進(jìn)超算技術(shù)應(yīng)用生態(tài)與科研、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化升級(jí)轉(zhuǎn)型，展現(xiàn)我國(guó)在超算領(lǐng)域的全新魅力。
新聞鏈接：
https://sc23.supercomputing.org/2023/08/a-look-at-the-2023-gordon-bell-prize-finalists/
論文鏈接：
https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3581784.3627040
