北京时间11月17日凌晨，由清华大学地球系统科学系副教授付昊桓等共同领导的团队所完成的“非线性地震模拟”获得国际高性能计算应用领域最高奖“戈登•贝尔”奖。
设计实现了可扩展性的非线性地震模拟应用平台，是超级计算机在地震灾害研究方面的一次成功应用。这是我国继去年实现在此奖项上零的突破后，第二次获得这一高性能计算应用领域的最高奖项。
（1）基于中国全自主研发的“神威·太湖之光”超级计算机的强大计算能力
据介绍，这一成果基于中国全自主研发的“神威·太湖之光”超级计算机的强大计算能力，由清华大学地球系统科学系、计算机系与山东大学、南方科技大学、中国科学技术大学、国家并行计算机工程技术研究中心和国家超级计算无锡中心等单位共同完成。
“神威·太湖之光”是世界上首台峰值运算性能超过每秒十亿亿次浮点运算能力的超级计算机，也是我国第一台全部采用国产处理器构建的世界排名第一的超级计算机，由国家并行计算机工程技术研究中心研制。它的应用领域涉及天气气候、航空航天、先进制造、生物医药、新材料、新能源等19个方面，支持国家重大科技应用、先进制造等领域解算任务几百项，取得了很多重要成果。 “超级计算机的研发是为了帮人类处理高难度的计算、解决问题，超级计算机的可持续发展，要与产业发展、学科发展相结合，需要各专业人才、交叉领域团队的共同努力。” 国家超级计算无锡中心主任、清华大学计算机科学与技术系教授杨广文介绍。
在运算过程中，“神威·太湖之光”充分发挥了国产处理器在存储、计算资源等方面的优势，可以实现高达18.9PFlops（每秒1亿8千9百万亿次浮点运算）的非线性地震模拟，也是国际上首次实现如此大规模下的高分辨率、高频率的非线性可塑性地震模拟。
据了解，这样高效率的取得，也离不开研究团队的新算法。为了使超级计算机达到最好的效能，研究团队设计了精巧的算法，解决了超级计算机计算过程中普遍存在的“内存带宽受限”问题，扩展至全机超千万核取得超过15 Pflops（每秒1亿5千万亿次浮点运算）的持续性能。这对超级计算机来说，可谓是如虎添翼。
戈登·贝尔奖设立于1987年，是国际高性能计算应用领域的最高奖项，旨在鼓励将超级计算机的超强计算能力投入应用之中。过去30年中，美、日研究人员凭借运行在美国“泰坦”超级计算机、日本“京”超级计算机上的应用，都曾连续获得该奖项。近年来，随着中国在超级计算机领域的飞速发展，中国已经打破美、日垄断，在超级计算机设计、性能及应用领域都展现出了强大的竞争力，取得国际领先地位。
（2）是超级计算机在地震灾害研究方面的一次成功应用
本次获得“戈登·贝尔”奖的成果“非线性地震模拟”，设计实现了可扩展性的非线性地震模拟应用平台，是超级计算机在地震灾害研究方面的一次成功应用。
有学者介绍，即使是在科技高度发展的今天，预测地震仍然是世界性难题。地震等地质灾害对生命健康、经济、社会发展产生巨大的破坏，不断驱动科学家和工程师们去研究、模拟甚至预测地震。中国是地震灾害严重的国家，分布有23条地震带，而在这些可能会受到地震强烈影响的区域内，分布着许多重要交通干线、重大水电工程、大型矿山等生产设施和约21%的人口，对中国来说，地震研究极为重要。
尽管目前地震的发生仍无法预测，但对地震的模拟研究，能够帮助人们了解地震造成破坏的过程，了解地震对不同地理面貌的破坏程度，从而对地震之后次生灾害发生前的避难和疏散提供重要帮助，降低与预防地震灾害所带来的巨大损失，为人类与自然灾害的抗争作出贡献。
“非线性地震模拟”项目首次实现了对1976年唐山大地震的高分辨率精确模拟，使得科学家可以更好地理解唐山大地震所造成的影响，并对未来地震预防预测等研究具有重要的借鉴意义。
研究团队选取了唐山大地震震源附近达320公里×312公里×40公里的空间区域，以0.001秒为时间单位，精确模拟了该区域在地震发生后150秒内的地质变化，分辨率可达到8米，频率可达到18Hz。分辨率越高，频率越高，对地震的模拟越精确，对高频信息的刻画越准确。而在此之前，美国团队在“泰坦”超级计算机上运行的地震模拟，分辨率和频率只有20米、10Hz。
预测地震的主要困难在于要同时对时间、空间和地震强度进行预测，而将地震预测问题转化为地震模拟“亚”问题，对已知地点发生的地震进行时间、地震强度的模拟，针对余震预测、震级-频度关系、基于地震过程情景模拟的震害预测等进行研究，难度大幅降低，同时对抗震防灾同样有重要意义。付昊桓团队主要聚焦进行特定地点的地震场景模拟，不仅要研究基于断层动力学破裂的震源产生过程，还要模拟基于量性波动模型的地震波传播过程，既要研究地震怎么来的，又要研究地震怎么在空间中传播的。
“尽管地震无法预测，但是基于这个模型，我们量化评估每个地点在发生地震时受到的灾害有多大，对防灾减灾、城市规划设计有着重要意义。而最终的奋斗目标，则是要把科学更快地转化为对人民有用的服务。”付昊桓表示。（人民日报中央厨房·半亩方塘工作室 赵婀娜 侯文晓）
