國際高性能計算大會SC23（The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis）官網于2023年8月8日公布了2023年度美國計算機學會ACM戈登·貝爾獎（ACM Gordon Bell Prize）提名名單（圖1），ACM戈登·貝爾獎評獎委員會從眾多的投稿中選出了這6個項目。這些項目于2023年11月14-15日參加了在美國科羅拉多州丹佛市召開的國際高性能計算大會SC23的現場答辯（決賽）。
圖1：2023年度ACM戈登·貝爾獎提名名單
由浙江大學、清華大學和國家超級計算無錫中心等單位聯合開展的“邁向渦輪機械流動的百億億次級計算（Towards Exascale Computation for Turbomachinery Flows）”項目成功入圍了2023年度ACM戈登·貝爾獎決賽。該項目研究源自航空航天行業，合作單位有中國航空發動機研究院等。聯合研究團隊由浙江大學的鄭耀教授、崔佳歡研究員，清華大學和國家超級計算無錫中心的楊廣文教授、劉釗等牽頭組成，得到了清華大學鄭緯民院士的指導。參研單位包括浙江大學、清華大學、國家超級計算無錫中心、太原理工大學、西交利物浦大學、英國劍橋大學、美國佛羅里達大學和美國伊利諾伊大學厄巴納香檳校區。
浙江大學的團隊成員來自航空航天學院、ZJU-UIUC聯合學院和計算機科學與技術學院。航空航天學院的成員包括鄭耀教授、張繼發副教授、季廷煒副教授和謝芳芳副教授，ZJU-UIUC聯合學院的成員包括崔佳歡研究員、沈韡琦博士后、傅宇航博士生（計算機科學與技術學院）和陶國成博士生（航空航天學院）。
圖2：項目團隊的演示答辯文稿
基于神威系列超級計算機，研究團隊面向超大規模高精度航空發動機氣動熱力學模擬，成功實現了采用通量重構（FR）方法的航空發動機復雜流動大渦模擬程序的開發、并行化及計算測試（圖3和4）。
針對神威系列超算的架構特性，團隊設計了一種多層次混合并行方案，深入優化了主核處理單元（MPE）和眾核處理單元（CPE）之間的數據交換以及計算內核的執行順序和相互融合。由于FR方法的數據局部性較好，高階FR格式的矩陣計算強度高，矩陣運算最高可占計算時間的60%。
研究團隊的成果滿足了高復雜度、高精度、高保真度和高性能的具體計算要求。具體地，針對高復雜度的要求，該計算流體動力學程序對具有多個數量級幾何特征的高壓渦輪葉片的氣動熱力學問題進行了仿真模擬，算例幾何高度復雜。針對高精度的要求，該程序求解Navier-Stokes方程的數值精度最高可達8階。針對高保真度的要求，數值結果高度符合實驗測試結果。針對高性能的要求，實現了115.8 DP-PFLOPs的持續峰值性能，并達到了89%的強擴展并行效率。
圖3：跨聲速高壓渦輪LS89的Q準則速度值的等值面
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）
隨著超大規模異構計算的發展和數值技術的進步，研究團隊證明了利用大渦模擬來解決航空發動機復雜流動的可行性。該工作為實現美國國家航空航天局NASA提出的航空發動機整機數值模擬邁出了堅實的一步。
“戈登·貝爾獎”被譽為國際高性能計算應用領域的“諾貝爾獎”，由美國計算機學會ACM（Association for Computing Machinery）每年評選和頒發，獎勵在世界領先的高性能計算應用領域具有突出成就的工作，具有巨大的國際影響力。具體評選涉及多個方面，包括目標問題的重要性、性能優化、目標系統性能的最大利用率，以及為廣泛傳播的平臺提供的知識。
今年，戈登·貝爾獎評獎委員會從眾多參賽團隊中選出了6個團隊入圍，課題涉及多個科研領域，包括材料科學、流體動力學、核模擬、地震處理和生物分子模擬。入圍團隊使用的硬件平臺也包括世界一流的超級計算機系統：Frontier（ORNL，美國）、新一代神威系統（中國）、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）。今年最終得獎的是美國密執安大學、印度科學學院和美國橡樹嶺國家實驗室組成的團隊，他們使用了目前世界上最快的超級計算機Frontier。
另外，2023年8月26日，在2023年中國計算機學會CCF全國高性能計算學術年會（CCF HPC China 2023）上，本項目團隊的研究成果曾榮獲“2023年度中國超算最佳應用”獎（每年1項）。作為高性能計算領域全球最具影響力的三大超算盛會之一，該會議旨在通過前沿學術成果交流，創新應用技術展示，促進超算技術應用生態與科研、產業數字化升級轉型，展現我國在超算領域的全新魅力。
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
