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地震模拟是用于解开地球内部构造的强有力工具。地震模拟可用于验证地震波传播规律，在地震多发区域可以进行震害分析、指导房屋抗震设计，在地震发生后可以指导救援官兵和医护人员进行救援工作，人工地震波还可用于探测地下资源。

2008年汶川大地震震级高达8.0级，造成了约6.9万人死亡，37万人受伤以及直接经济损失8452亿元。本文在基于去年“戈登贝尔奖”的工作——模拟唐山大地震的基础上对如此大震级的汶川大地震进行模拟。本文参与单位包括国家超级计算无锡中心、清华大学、南方科技大学、中国科学技术大学以及国家海洋实验室。

本文针对汶川区域地形起伏复杂、落差大（最大落差达到7公里）的特点，使用曲线坐标系同位网格来获得精确稳定的边界条件，以及使用牵引力镜像法来精确地刻画复杂的地形起伏。然而，汶川地震的区域大小是唐山区域的8倍左右，单位网格的变量个数也是去年的约1.6倍。针对如此大的计算量，本文使用当前世界顶级超级计算机“神威太湖之光”来进行模拟。在性能优化上，首先调整算法使其适应神威的异构架构。接着，将整个模拟区域进行了三层划分，并考虑进程级和线程级建立了一个性能模型来表示性能与配置参数之间的关系。紧跟着，使用遗传算法对性能模型进行自动调优。最后，针对一些特殊数组，文章对其进行数据排布转换来提高其内存带宽。在这样的优化之后，本文在最高25米分辨率的汶川地震模拟下达到了最高性能每秒九千万亿次。本文成功模拟并还原出汶川大地震时地震波的传播过程，并且能够从中看出由于复杂地形起伏所造成的盆地放大效应。

汶川区域的三维模拟区域的网格化(图4)，汶川区域地形起伏落差大，达到7公里，接近青藏高原的海拔。该区域如果使用去年模拟唐山时所使用的规则化交错网格进行描述将很不精确，本文所使用的曲线坐标系同位网格则可以对其地形进行精细的刻画。

图4

图5 

（1）: 表示曲线坐标系同位网格法的坐标转换，将非规则的物理空间转换为规则的逻辑空间。（2）: 表示牵引力镜像法。

图6

使用神威太湖之光进行汶川地震模拟的部分结果，上图（图6）是第43.2秒的地震波图像，绿色的星星为震中，即汶川县。可以看到，使用本文的曲线坐标系同位网格法，可以精确捕捉到右下角四川盆地所造成的地震波放大效应。

图7

地震模拟论文作者陈炳炜现场报告

 分子动力学是一类重要的超算应用，是生物、化学、 材料学、 力学等学科研究的重要工具。利用超级计算机进行大规模分子动力学的模拟已经成为相关重大研究课题的必要手段。然而, 由于一系列的机器访存模式和应用特征的矛盾， 分子动力学模拟在“神威太湖之光”上并没有一套完整的优化方案。基于对机器架构的深入理解，本文提出了混合内存更新，优化软件Cache，更完整的向量化，定制数学函数等方案，完成了重要的分子动力学应用LAMMPS中的多个势场的深入优化。在单节点实现方面，完成了比原有实现加速最高68倍的优化，实现了单个神威计算节点可以达到接近100个Intel核心的性能。并且在4,256,840核心使用Tersoff势场模拟纯硅的实验中实现了2750亿原子的模拟，并获得了接近线性的加速比和2.43PFlops的峰值性能。