“戈登贝尔奖”获奖团队:超算追梦人

领完奖后合影留念,从左到右是:清华大学副教授付昊桓、中国科学院软件研究所研究员杨超、清华大学博士后甘霖。

"戈登贝尔奖"有超算界诺贝尔奖的美称。对于中国超算来说,等待"戈登贝尔奖"花落中国的时间有点久,29年来中国团队从未摘得此奖。2016年,第二次冲奖的杨超团队终于成功问鼎。

■本报记者 沈春蕾

"对不起,上午的会议超时,让您久等了。"这是"戈登贝尔奖"获奖团队负责人、中科院软件所研究员杨超见到《中国科学报》记者时说的第一句话。

"戈登贝尔奖"有超算界诺贝尔奖的美称。对于中国超算来说,等待"戈登贝尔奖"花落中国的时间更久,29年来中国团队从未摘得此奖。

"从2007年开始相关研究,到2011年冲奖团队正式成立,到2012年第一次尝试冲奖,再到2016年正式获奖。"一路走来,杨超感慨万千,"没想到当年很遥远的一个梦想成真了。"

挑战双重复杂

获奖项目叫"千万核可扩展全球大气动力学全隐式模拟",意思是使用了超过一千万个核来完成一次气候的数值仿真。尤其是在算法层面上,团队提出了一个新的全隐式计算方法,可以大幅提升天气预报的计算精度和运算速度。

杨超简单地做了说明:"我们在一台高度复杂的机器上挑战了一个高度复杂的方法,但我们这项工作的复杂程度不是简单的叠加,而是在一个异构众核的综合环境下,成功运用隐式方法,这在国际上没有先例,也是我们获奖的主要原因。"

纵观"戈登贝尔奖",隐式方法曾独领风骚,但最近几年由于体系结构的复杂性,获奖的多是显式应用,杨超团队获奖也宣告隐式方法的全面回归。

杨超向记者解释了显式和隐式方法的区别:显式方法是各干各的,互不搭理;隐式方法是大家一起干,定期交流。我们的获奖项目相当于召集了一千万台计算机在共享前提下,一起完成一项任务。

以高性能计算机的发动机作比的话,显式方法有点像"小步快跑式",而隐式方法就是"大步稳跑式",杨超团队选择的大气动力学应用则是装载这台发动机的汽车。

"大气模拟是最经典的高性能计算应用,我们在超级计算机上用算法和程序进行了一次有关气候问题前所未有的复杂计算。这个算法的计算效率比当前国际上同类问题最高水平提升了近一个数量级,这也是获奖的关键因素。"

冲奖一波三折

最初,杨超只想做好自己的项目研究,"戈登贝尔奖"对他来说只是遥不可及的梦。2011年11月,"天河一号"的问世,让杨超的隐式方法研究实现了8万核的模拟,这在当年的超算领域已经接近顶峰。

随后,杨超结识了清华大学副教授薛巍。当时,薛巍借鉴杨超的8万核模拟的关键方法,并将其应用到气象GRAPES上,效果很好。"薛老师鼓励我冲冲‘戈登贝尔奖’,我一开始以为只是个玩笑,但薛老师很认真,我们也就‘撸起袖子干’了。"

后来,薛巍将清华大学地球系统科学研究中心副教授付昊桓介绍给杨超,到2011年底,3人冲奖突击队正式成立。"此时距离交稿只有不到半年的时间,一般冲奖至少得准备1年以上,我们在挑战一项不可能完成的任务。"杨超说。

接下来就是没日没夜的备战状态,冲奖突击队隔几天汇报交流一次,直到2012年4月终于在截稿日之前将论文投递出去。那天,三人聚在一家小面馆边吃边发呆,突然谁说了一句:"给多少钱都不干了。"

2012年的入围名单里没有他们的名字,但团队却没有放弃,一种特殊的使命感已经在团队内部生根发芽。

"2012年我们输在隐式问题还是解决不了,后来选择了显式,而且应用没有完全占满整个机器,导致最终没能入围。"杨超团队在总结分析失败原因的同时,密切关注国内顶级高性能计算机的发展。

2012年夏天,杨超结识了北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院教授王兰宁,4人冲奖突击队重新成立。之后几年,团队先后在"天河一号""神威·太湖之光"上进行了关键技术研发和测试,不断进行隐式方法的推演。"每次我们几乎是最早在这些超级系统上做应用的。"

蛰伏4年,杨超团队思考了很多问题:"国内至今还没有团队获奖,我们怎么才能完成任务,又如何从众多入围团队中脱颖而出打动评委?"2016年,第二次冲奖的杨超团队终于成功问鼎。

践行契约精神

为了冲奖,杨超团队舍弃了很多,得知当年薛巍的副教授竞聘没有通过,"如果他继续做自己原来的项目,也许早就评上了。"杨超说。

除了几位核心人员,这支团队一共12人,正在读博的敖玉龙是杨超的学生,也是隐式求解器关键部件优化的骨干。他告诉记者:"我是2016年新加入团队的,当时并不知道到底是一个什么项目,只是做了一份本职工作。"

杨超喜欢跟团队成员们讲契约精神,"冲奖是平等的,少了任何人都不行,每个人都有自己的责任分配,就像每个战士发挥各自的战斗力才能打赢战争。"团队成员为了冲奖或多或少放弃了一些东西,也得到了相应的收获。

杨超还记得自己去美国答辩之前,因为太忙忘记提前预订酒店,最后他预订了就近的汽车旅馆,遭遇了警察敲门,目睹了加油站抢劫,答辩前一天盐湖城大雪,屋里条件差,裹着两床被子取暖。即使这样,杨超回忆道:"跟冲奖的付出比起来,这些都不算什么。"

评奖委员会副主席是日本东京工业大学教授松岗聪,他对中国团队获奖的评价是:"这标志着中国正式成为了HPC(高性能计算机)领域的世界领导者之一。"

杨超认为拿到"戈登贝尔奖"是一个很好的开始,有助于树立信心、鼓舞士气。他坚信,中国高性能计算经过长期不懈努力,会不断创造新的辉煌。