許茜

在美國(guó)鹽湖城舉行的2016全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)上，由中科院軟件所楊超率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，憑借“千萬(wàn)核可擴(kuò)展大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”研究成果獲得“戈登·貝爾”獎(jiǎng)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在此獎(jiǎng)項(xiàng)上零的突破……

“Ten Million……”

評(píng)委剛念出“Ten”，楊超“噌”就站了起來(lái)。從座位到領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)，他不知道自己是怎么“移動(dòng)”過(guò)去的，也聽(tīng)不清那些“Congratulation”（祝賀）從哪里來(lái)。當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月17日，美國(guó)鹽湖城，有高性能計(jì)算“諾獎(jiǎng)”之稱的“戈登·貝爾”獎(jiǎng)迎來(lái)了首個(gè)中國(guó)面孔。

閃光燈晃個(gè)不停，37歲的楊超手捧證書(shū)，整個(gè)人有點(diǎn)懵，心里嘀咕：真的獲獎(jiǎng)了……

“團(tuán)長(zhǎng)”變“旅長(zhǎng)”

獲獎(jiǎng)項(xiàng)目“千萬(wàn)核可擴(kuò)展大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”如投入使用，理論上可大幅提升天氣預(yù)報(bào)的計(jì)算精度和運(yùn)算速度。

在楊超眼中，“隱式”是得獎(jiǎng)的“功臣”。“隱式”是隱式求解器的簡(jiǎn)稱，而“求解器”就像高性能計(jì)算的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，讓程序“高速運(yùn)轉(zhuǎn)”。楊超是研制“發(fā)動(dòng)機(jī)”的工程師，也是這次獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)的“頭頭”。

由于公認(rèn)的技術(shù)難關(guān)，學(xué)界一度并不看好隱式在新型超級(jí)計(jì)算機(jī)下的發(fā)展，“用它的人很少”；相比之下，顯式則更受同行青睞。但早在讀博時(shí)，楊超便看準(zhǔn)了隱式的潛力，“它更具優(yōu)勢(shì)”。

作為軟件的求解器，其本身無(wú)法展示效果，要結(jié)合具體領(lǐng)域的應(yīng)用。恰如“發(fā)動(dòng)機(jī)”只有安裝在“汽車”上才能一顯身手，而楊超偏選了輛難開(kāi)的“車”—大氣動(dòng)力學(xué)，把求解器運(yùn)用在大氣動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算中。大氣是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的“硬骨頭”，可楊超覺(jué)得“要做就做有挑戰(zhàn)的?！?/p>

博士畢業(yè)后，楊超開(kāi)始了在大氣應(yīng)用領(lǐng)域的求解器研究?？梢胲浖獞颍€得有硬件搭臺(tái)。今年的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目是搭載在千萬(wàn)核的硬件環(huán)境中，可十年前國(guó)內(nèi)的硬件水平還很有限（“核”就是CPU的計(jì)算核心）。

“‘核就相當(dāng)于一個(gè)兵，帶領(lǐng)一千萬(wàn)人的超級(jí)計(jì)算部隊(duì)，那是什么感覺(jué)？就像一個(gè)將軍在帶兵打仗?！倍藭r(shí)的楊超只是個(gè)“團(tuán)長(zhǎng)”，測(cè)試環(huán)境僅有幾千核。

“天河一號(hào)”的問(wèn)世，讓“團(tuán)長(zhǎng)”變“旅長(zhǎng)”，楊超做到了整機(jī)8萬(wàn)核CPU模擬。

“天河一號(hào)”發(fā)布前3天，經(jīng)導(dǎo)師孫家昶介紹，楊超帶著研究了3年的應(yīng)用軟件去往天津。程序在“天河一號(hào)”運(yùn)行的那一刻，8萬(wàn)核的驚人速度，楊超感嘆“達(dá)到了頂峰”。

首次沖獎(jiǎng) 只為理想而戰(zhàn)

很快，這次測(cè)試引起了業(yè)內(nèi)的關(guān)注，紛紛請(qǐng)楊超去作報(bào)告，其中就有清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系副教授薛巍。楊超受邀去清華園，當(dāng)他展示出8萬(wàn)核的計(jì)算結(jié)果時(shí)，有人說(shuō)了句“這個(gè)應(yīng)該沖擊戈登·貝爾”！

“戈登·貝爾”獎(jiǎng)是楊超心中的夢(mèng)，很美，卻“遙不可及”。所以，當(dāng)時(shí)楊超“只當(dāng)是同行開(kāi)了個(gè)玩笑”。

幾個(gè)月后，薛巍借鑒楊超8萬(wàn)核CPU模擬中的關(guān)鍵方法，將其用在氣象應(yīng)用“GRAPES”上，效果很理想。看到應(yīng)用如此順暢，楊超心動(dòng)了?！耙惠呑涌梢圆氖虑椴欢?，但戈登·貝爾算是一個(gè)。哪怕失敗了，曾經(jīng)為此努力過(guò)就夠了?！?/p>

“天河一號(hào)”是由7168顆CPU和7168塊GPU（圖像處理器）組成，而首次嘗試時(shí)楊超只用滿了CPU，GPU完全沒(méi)有用上。怎么能把GPU用起來(lái)？這成了“沖獎(jiǎng)”的一道坎。

為了解決這一難題，薛巍引薦了一位GPU專家—當(dāng)時(shí)清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心副教授付昊桓。2011年底“沖獎(jiǎng)突擊隊(duì)”正式成立，此時(shí)距離交稿只有不到半年的時(shí)間?！耙话銢_獎(jiǎng)最少也要三年，這幾乎是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)?！?/p>

進(jìn)入“備戰(zhàn)”狀態(tài)的楊超，設(shè)立好階段性“小目標(biāo)”，每隔幾天他就向團(tuán)隊(duì)成員匯報(bào)一次，“沒(méi)完成任務(wù)都不好意思見(jiàn)面”。那時(shí)，從中科院到清華園的成府路上，總會(huì)看到一位行色匆匆的學(xué)者，他沒(méi)有假期，只有全力以赴和夜以繼日。

趕在截止日期前，熬了幾個(gè)通宵的“突擊隊(duì)”，提交了論文。饑腸轆轆的三人來(lái)到一家拉面館，累得已經(jīng)吃不動(dòng)了；盯著面發(fā)呆，記不得是誰(shuí)說(shuō)了句“再也不干了”！

找到“最后一枚碎片”

幾個(gè)月后，入圍名單公布，其中并沒(méi)有“突擊隊(duì)”，中國(guó)超算顆粒無(wú)收。

之后的幾年，團(tuán)隊(duì)密切跟蹤國(guó)內(nèi)頂級(jí)高性能計(jì)算機(jī)的研發(fā)趨勢(shì)，先后在“天河一號(hào)”“天河二號(hào)”“神威·太湖之光”上進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和測(cè)試?！爸灰袡C(jī)器可用，就想方設(shè)法第一時(shí)間進(jìn)行操練。就像蜜蜂聞到了蜂蜜，一下子就撲上去?！?/p>

另一方面，楊超不斷調(diào)試隱式求解器，卻一直找不到“發(fā)動(dòng)機(jī)”的一個(gè)零件，無(wú)法超越顯式。當(dāng)時(shí)，隨著各類新型超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展，顯式求解器在學(xué)界出盡風(fēng)頭，隱式則鮮有問(wèn)津。難道真是無(wú)解嗎？

直到2015年11月，受國(guó)外一篇論文的啟發(fā)，楊超找到了那個(gè)關(guān)鍵“零件”，他隨即通知其他成員：“我們拼圖的最后一枚碎片找到了！”“零件”的發(fā)現(xiàn)拉開(kāi)了二沖“戈登·貝爾”獎(jiǎng)的序幕。

然而，找到“零件”只是開(kāi)始。怎么裝進(jìn)去？是否適用？能否順暢運(yùn)行？……一連串的問(wèn)題都等著楊超去解答，“每一步都異常艱辛”。

那段時(shí)間，楊超常常工作到深夜，飯館、食堂都關(guān)了，餓了就去中科院旁的快餐廳?！拔抑溃本┩砩先c(diǎn)的肯德基、麥當(dāng)勞是什么樣。”

直到交稿前一周，他終于完成了“零件”調(diào)試和優(yōu)化工作。時(shí)隔4年的2016年4月，楊超再次提交了參賽論文。

與上一次沖獎(jiǎng)相比，這次“沖獎(jiǎng)小組”更有底氣，也得到多方的支持，但楊超依舊忐忑。“戈登·貝爾獎(jiǎng)設(shè)立近30年，中國(guó)團(tuán)隊(duì)連入圍都沒(méi)有過(guò)，評(píng)委來(lái)自美國(guó)、日本，他們會(huì)認(rèn)可中國(guó)人嗎？”楊超心里沒(méi)底。

而更令他擔(dān)心的是，高性能計(jì)算技術(shù)迭代很快，倘若本次沖獎(jiǎng)失利，目前的方法或迅速就被其他團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)或趕超。到那時(shí)，多年的心血將付之東流。

“打光了槍里的每一發(fā)子彈”

6月的一天，楊超的手機(jī)被打爆了?！坝袃山M中國(guó)團(tuán)隊(duì)入圍了，咱們呢？”他連忙查郵件，笑容洋溢在他的臉上。

來(lái)不及慶祝，一項(xiàng)更艱巨的任務(wù)—優(yōu)化求解器在等著他們。入圍郵件寫(xiě)明，要在8月10日前提交終稿。4月份上交的隱式求解器性能已超過(guò)顯式不少，但是卻未能充分體現(xiàn)隱式的優(yōu)越性。于是，楊超領(lǐng)隊(duì)再次揮師南下，在國(guó)家超算無(wú)錫中心，把程序里里外外修改、調(diào)試了一遍，“幾乎重寫(xiě)了一篇論文”。最終，他們把隱式求解器的性能提升了4倍，達(dá)到同等顯式的89.5倍。

“這么短的時(shí)間，論文能有如此改進(jìn)，超出想象！”評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)副主席松崗聰教授如是評(píng)價(jià)。

七八月的無(wú)錫，酷暑難耐。38℃的機(jī)房，空調(diào)只供應(yīng)到下午4點(diǎn)。到了晚上，所有人只能靠電扇和清涼油解暑。沖刺階段，幾天沒(méi)合眼的楊超，感覺(jué)地都是軟的，整個(gè)人“飄飄欲仙”。

萬(wàn)事俱備，只差最后一槍。美國(guó)時(shí)間11月17日上午，在2016全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)上，楊超走上臺(tái)，鞠躬，點(diǎn)開(kāi)第一頁(yè)P(yáng)PT，開(kāi)始了“豪情萬(wàn)丈”的成果演示。

學(xué)術(shù)匯報(bào)的風(fēng)格大多低調(diào)、沉穩(wěn)，但這次楊超一反常態(tài)，把極致灌注在PPT的字里行間。他不想留遺憾，“要讓世界看到中國(guó)超算的風(fēng)采”。結(jié)束演講，他說(shuō)“我打光槍里的每一發(fā)子彈”。

下臺(tái)后，評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)主席蘇博哈什·塞尼博士握住楊超的手說(shuō)：“Well done！”（做得很棒）

“這只是開(kāi)始?！睏畛钢?jiǎng)狀說(shuō)。他說(shuō)的是中國(guó)超算，更是自己—一顆顆子彈又開(kāi)始上膛待發(fā)。

（本文轉(zhuǎn)自《科技日?qǐng)?bào)》）