国家超级计算无锡中心

国家超级计算无锡中心研发团队荣获2023年ACM“戈登·贝尔”奖提名

2023-09-05 14:17

据国际高性能计算大会（The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis，简称“SC”）官网消息，由浙江大学、清华大学和国家超级计算无锡中心等单位联合开展的“基于神威超算的超大规模高精度航空发动机气动热力学模拟”（本文结尾附上论文链接）入围了2023年度ACM“戈登·贝尔奖”，将于11月在美国SC大会上参与最终的角逐。

“戈登·贝尔”奖被誉为国际高性能计算应用领域的“诺贝尔奖”，旨在奖励在世界领先的超级计算机上最有价值的科学计算成果，具有较大的国际影响力。今年，“戈登·贝尔奖”委员会从众多参赛团队中选出了六位入围者，课题涉及多个科研领域，包括材料科学、流体动力学、核模拟、地震处理和生物分子模拟。入围团队使用的硬件平台也包括世界一流的超级计算机系统：Frontier（ORNL，美国）、新一代神威系统（中国）、LUMI（EuroHPC/CSC，芬兰）、Leonardo（EuroHPC/Cineca，意大利）、Cerebras CS-2（KAUST，沙特阿拉伯）和Perlmutter（NERSC，美国）。

浙江大学的崔佳欢研究员、郑耀教授，清华大学和国家超级计算无锡中心的杨广文教授、刘钊等组成的联合团队实现了采用通量重构（FR）方法的航空发动机复杂流动大涡模拟程序的开发、并行及测试。针对神威系列超算的架构特性，团队设计了一种多层次混合并行方案，深入优化了主核处理单元（MPE）和众核处理单元（CPE）之间的数据交换以及计算内核的执行顺序和相互融合。由于FR方法的数据局部性较好，高阶FR格式的矩阵计算强度高，矩阵运算最高可占计算时间的60%。对于16.9亿网格单元和865万亿自由度（DoF）的高压涡轮算例，求解器实现了115.8 DP-PFLOPs的持续计算性能。随着超大规模异构计算的发展和数值技术的进步，他们证明了利用大涡模拟来解决航空发动机复杂流动的可行性。该工作为实现NASA提出的航空发动机整机数值模拟迈出了坚实的一步。

图1 模拟结果：Q准则等值面

背景由压力梯度绘制轮廓，

从而对冲击波和压力传播进行可视化

图2 模拟结果：

冷却孔喷出冷却液的高压涡轮静叶吸入面温度

国家超级计算无锡中心在本项目中主要承担相关计算流体力学算法在神威国产超级计算机上的异构并行实现和性能优化，通过通信掩藏、混合并行和向量化等方法，成功将模拟软件扩展到数千万个计算核心上，取得了较高的并行效率。项目主要参与人员包括杨广文教授以及并行优化部的刘钊、吕小敬、刘旭和刘瀚月。并行优化团队在大规模并行算法设计、异构并行计算等领域具有丰富的经验，通过对科学计算软件的算法调优和代码重构，使其能够高效利用神威超级计算机海量运算能力，实现对复杂物理现象和高精细度场景快速模拟，有力支撑了包括气候气象、海洋科学、材料科学、地球系统模式、风电能源在内各个领域的重大项目研发工作。

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