國際高性能計算大會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(xiàn)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(lián)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(yè)，合作單位有中國航空發(fā)動機研究院等。聯(lián)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(qū)。
浙江大學的團隊成員來自航空航天學院、ZJU-UIUC聯(lián)合學院和計算機科學與技術(shù)學院。航空航天學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(shù)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(guī)模高精度航空發(fā)動機氣動熱力學模擬，成功實現(xiàn)了采用通量重構(gòu)（FR）方法的航空發(fā)動機復雜流動大渦模擬程序的開發(fā)、并行化及計算測試（圖3和4）。
針對神威系列超算的架構(gòu)特性，團隊設(shè)計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?qū)哂卸鄠€數(shù)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(shù)值精度最高可達8階。針對高保真度的要求，數(shù)值結(jié)果高度符合實驗測試結(jié)果。針對高性能的要求，實現(xiàn)了115.8 DP-PFLOPs的持續(xù)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(guī)模異構(gòu)計算的發(fā)展和數(shù)值技術(shù)的進步，研究團隊證明了利用大渦模擬來解決航空發(fā)動機復雜流動的可行性。該工作為實現(xiàn)美國國家航空航天局NASA提出的航空發(fā)動機整機數(shù)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(yīng)用領(lǐng)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(fā)，獎勵在世界領(lǐng)先的高性能計算應(yīng)用領(lǐng)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(yōu)化、目標系統(tǒng)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(lǐng)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(tǒng)：Frontier（ORNL，美國）、新一代神威系統(tǒng)（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(zhí)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(shù)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(yīng)用”獎（每年1項）。作為高性能計算領(lǐng)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(shù)成果交流，創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)展示，促進超算技術(shù)應(yīng)用生態(tài)與科研、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化升級轉(zhuǎn)型，展現(xiàn)我國在超算領(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
