甘霖 讓中國(guó)超算“跑”得更快更遠(yuǎn)

陳晰

超級(jí)計(jì)算機(jī)，也就是人們常說的超算或者高性能計(jì)算機(jī)，被稱為“國(guó)之重器”，是國(guó)家科技發(fā)展水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。

中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的研制，經(jīng)歷了從弱到強(qiáng)的四十年“超常速”發(fā)展。這背后，離不開千千萬萬科技工作者的接力奮斗。中國(guó)青年科技工作者協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱“中青科協(xié)”）會(huì)員、國(guó)家超級(jí)計(jì)算無錫中心主任助理、清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系教師甘霖，就是一位為超級(jí)計(jì)算貢獻(xiàn)力量的青年科學(xué)家。

“超級(jí)計(jì)算機(jī)其實(shí)并不神秘”，甘霖說，“和普通的個(gè)人電腦比起來，超級(jí)計(jì)算機(jī)有更多的處理器組合在一起，能提供更強(qiáng)大的計(jì)算能力，能更快更好地完成一些重要的計(jì)算任務(wù)?！?/p>

甘霖介紹，超級(jí)計(jì)算機(jī)雖然聽上去比較“高大上”，其實(shí)它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，和我們生活息息相關(guān)。比如天氣氣候過程的數(shù)值模擬，底層就需要超算來提供算力支持。此外還有地球物理、生物醫(yī)藥、工業(yè)制造等領(lǐng)域，都需要用超算來做一些數(shù)據(jù)的模擬。

江蘇無錫濱湖區(qū)，距離太湖黿頭渚不遠(yuǎn)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算無錫中心，是甘霖和同事們開展科研工作的地方。

一塵不染的機(jī)房里，比人還高的一臺(tái)臺(tái)機(jī)柜整齊列隊(duì)。40多個(gè)機(jī)柜組成“010”的結(jié)構(gòu)，有負(fù)責(zé)計(jì)算的部分，有負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的部分。這就是超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”。

甘霖介紹，“神威·太湖之光”有40960個(gè)CPU，一秒鐘的峰值計(jì)算能力超過10億億次，其一分鐘的計(jì)算能力相當(dāng)于70億人用計(jì)算器不停地計(jì)算32年?！吧裢ぬ狻笔鞘澜缟献羁斓摹俺?jí)大腦”之一，曾經(jīng)連續(xù)四次在全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜中位列第一。

甘霖和團(tuán)隊(duì)每天的科研攻關(guān)主要是為這個(gè)“超級(jí)大腦”開發(fā)應(yīng)用軟件，讓它能更好地為一些重要行業(yè)領(lǐng)域提供服務(wù)。

根據(jù)云層變化來模擬天氣氣候發(fā)展，模擬海浪洋流的走勢(shì)，模擬飛機(jī)多種飛行狀態(tài)……在很多領(lǐng)域，都有“神威·太湖之光”貢獻(xiàn)的計(jì)算力。甘霖和團(tuán)隊(duì)一直在努力，推動(dòng)超算與天氣氣候、地球物理、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域合作，把取得的科研成果落地，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)成果，產(chǎn)生實(shí)實(shí)在在的作用。

2015年12月，在清華大學(xué)攻讀博士學(xué)位的甘霖，研究方向就是超級(jí)計(jì)算機(jī)和應(yīng)用的結(jié)合。他在學(xué)校老師的帶領(lǐng)下，和一群平均年齡不到25歲的年輕人，投入“神威·太湖之光”的試算與調(diào)試工作中。

甘霖第一次觸摸到龐大的機(jī)身，從此與這臺(tái)“國(guó)之重器”并肩作戰(zhàn)，和充滿激情的團(tuán)隊(duì)共同成長(zhǎng)。設(shè)計(jì)方法、撰寫程序、測(cè)試代碼……甘霖和同事們努力將強(qiáng)大算力結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，讓超級(jí)計(jì)算機(jī)既能“算得快”也能“用得好”。

甘霖介紹，超算是一個(gè)學(xué)科交叉性很強(qiáng)的領(lǐng)域。除了計(jì)算機(jī)專業(yè)、數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科，團(tuán)隊(duì)還有來自地球物理、生物醫(yī)藥、天氣氣候，材料學(xué)等各個(gè)專業(yè)背景的科研人員。為了更好地開發(fā)應(yīng)用，他們也需要學(xué)習(xí)其他相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)。

氣候模式數(shù)值模擬，一直以來都是與我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活休戚相關(guān)的科學(xué)問題之一。甘霖和他的同事們向這一關(guān)鍵領(lǐng)域的一些困難發(fā)起了挑戰(zhàn)?！斑@項(xiàng)工作，有的時(shí)候需要把很大的一座工程大山搬到國(guó)產(chǎn)超算上來。這個(gè)過程是一個(gè)比較枯燥，也比較花時(shí)間的過程?！备柿亟榻B，當(dāng)時(shí)并沒有給大家規(guī)定一個(gè)具體的deadline。但是團(tuán)隊(duì)里的每個(gè)人都形成共識(shí)，大家自發(fā)趕進(jìn)度，爭(zhēng)分奪秒。

“尤其困難的是要在新代碼和新系統(tǒng)之間去尋找一些不匹配的表述”，甘霖說。如果把代碼比作大山，那么要找到一個(gè)不匹配表述，無異于在大山中尋找一塊小石頭。他和同事們努力摸索出了最優(yōu)方法，能夠用最短的時(shí)間精確定位和排除細(xì)小的程序錯(cuò)誤。

甘霖記得，一次晚上11點(diǎn)左右，他結(jié)束當(dāng)天的工作離開單位。走到樓下，無意間抬頭一看，研發(fā)中心兩層辦公室的燈光還是亮著的。那一刻，一種充實(shí)與力量在他心中油然而生。

兩個(gè)多月的時(shí)間，團(tuán)隊(duì)就完成了這座“大山”的搬遷工作，總計(jì)涉及代碼量近百萬行。應(yīng)用程序在“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定運(yùn)行和科學(xué)驗(yàn)證。數(shù)據(jù)可以大大促進(jìn)對(duì)全球氣候變化的研究。

“神威·太湖之光”不但運(yùn)算能力強(qiáng)，而且外形優(yōu)美，設(shè)計(jì)巧妙，被很多專家譽(yù)為世界上最漂亮的計(jì)算機(jī)之一，這也體現(xiàn)了我們國(guó)家科研人員的聰明和才智。有顏值、有內(nèi)核的國(guó)之重器，使得位于太湖之濱的國(guó)家超級(jí)計(jì)算無錫中心，也成為了“網(wǎng)紅”打卡地，每天都有來自各地的參觀者，其中不乏中小學(xué)生。

甘霖介紹，團(tuán)隊(duì)近些年新加入的成員中，很多都是帶著很強(qiáng)烈的要為“大國(guó)重器”努力奮斗的志向來的。他們?cè)谝郧熬涂吹竭^超級(jí)計(jì)算機(jī)的相關(guān)報(bào)道，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的興趣，有了奮斗的方向。這讓他體會(huì)到，科技愛國(guó)主義教育是非常重要的工作。

因此，工作之余，甘霖和小伙伴們積極參加共青團(tuán)、青聯(lián)等組織的面向青少年的科普活動(dòng)，走進(jìn)校園，給學(xué)生們講中國(guó)超算的故事?！跋Ｍ谒麄冏蠲篮玫哪昙o(jì)、在他們對(duì)未來充滿憧憬的年紀(jì)，在心中種下一顆種子，帶著這樣的夢(mèng)想，他們長(zhǎng)大后可能就會(huì)投身到國(guó)家科技騰飛的進(jìn)程中?！?/p>

甘霖說，“聽過很多前沿領(lǐng)域?qū)＜业目破請(qǐng)?bào)告，發(fā)現(xiàn)再高深的科學(xué)，在科普的時(shí)候，也能夠用通俗的語言講出來，讓大家產(chǎn)生興趣”。因此，每一次宣講，他和同事們都認(rèn)真準(zhǔn)備，力求講得深入淺出，讓大家愛聽。

“比如作為中青科協(xié)的會(huì)員，我很高興通過參加中青科協(xié)組織的一些宣講活動(dòng)，聽其他領(lǐng)域青年科學(xué)家的宣講，我也學(xué)到了很多知識(shí)和技巧。盡量結(jié)合大家生活中比較熟悉的內(nèi)容，分享一些故事，也會(huì)根據(jù)受眾的不同，來調(diào)整科普宣講的內(nèi)容?！备柿卣f。

在宣講互動(dòng)中，甘霖感受最深的是：時(shí)代在發(fā)展，教育在進(jìn)步，現(xiàn)在的小朋友們懂得很多。“一些中小學(xué)的學(xué)生就開始編程了，能問出一些很專業(yè)的問題。有時(shí)候宣講活動(dòng)結(jié)束了，他們還會(huì)圍上來，繼續(xù)和我們探討，熱情非常高?！边@也讓甘霖感到很欣慰，“相信將來會(huì)有更多年輕人，懷著夢(mèng)想和志向，投身到我們國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)或者是其他重要科技領(lǐng)域的事業(yè)中?！?/p>

回憶起自己接觸的最早的“計(jì)算機(jī)”，甘霖笑著說，可能是爺爺?shù)乃惚P。

爺爺算盤打得特別好。小時(shí)候，甘霖就跟爺爺學(xué)打算盤?！盃敔斀痰暮芏嗫谠E，就相當(dāng)于現(xiàn)在學(xué)的算法了，好的算法才能讓寫的計(jì)算機(jī)程序跑得更高效。算盤就是最早的計(jì)算工具，凝聚著中華民族的智慧，現(xiàn)在回想起來，那也是我計(jì)算的啟蒙?！?/p>

在求學(xué)道路上，從本科的老師到研究生期間的導(dǎo)師，再到在超算中心遇到的專家學(xué)者等，都給予甘霖很大的影響和幫助。“他們對(duì)年輕人的生活無微不至地關(guān)心，學(xué)業(yè)上毫無保留地指導(dǎo)，讓我獲益良多。老師們還一直告訴我們，一定別忘了鍛煉身體。要為祖國(guó)健康工作至少50年，要爭(zhēng)取長(zhǎng)久地在這個(gè)領(lǐng)域去努力?！?/p>

現(xiàn)在無錫超算中心研發(fā)中心團(tuán)隊(duì)，平均年齡不到30歲?！?0后”是主力，“00后”也已經(jīng)開始承擔(dān)更重要的任務(wù)。甘霖說，“大家身上都有一種很強(qiáng)的使命感，很驕傲能夠?yàn)槌闶聵I(yè)盡一份力，斗志昂揚(yáng)，干勁十足?！?/p>

甘霖結(jié)合自己多年科研工作中的經(jīng)驗(yàn)，也在耐心細(xì)致地指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)中更年輕的同事?！澳贻p人思維活躍，能力很強(qiáng)，我也向他們學(xué)習(xí)。我們作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，讓每個(gè)人做自己最擅長(zhǎng)的事情，發(fā)揮出最大合力。”甘霖常常鼓勵(lì)大家要廣聞博識(shí)，多學(xué)多看，要和國(guó)際前沿接軌，和交叉學(xué)科接軌，多讀一些好的論文，多聽好的學(xué)術(shù)報(bào)告，關(guān)注相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)，這樣才能時(shí)刻保持創(chuàng)新的熱情和敏感。

團(tuán)隊(duì)也營(yíng)造了健康工作的氛圍，組成了足球群，籃球群、羽毛球群，徒步跑步群等一個(gè)個(gè)的朋友圈，在太湖邊的健步道上，也經(jīng)?？梢钥吹剿麄儕^力奔跑的身影。

2016年11月17日，美國(guó)鹽湖城，世界超算大會(huì)會(huì)場(chǎng)，一年一度的世界高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)“戈登·貝爾”獎(jiǎng)揭曉。甘霖參與的“千萬核可擴(kuò)展全球大氣動(dòng)力學(xué)全隱式模擬”項(xiàng)目獲獎(jiǎng)，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)在這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)上“零的突破”。

戈登·貝爾獎(jiǎng)，也被譽(yù)為世界超算領(lǐng)域的“諾貝爾獎(jiǎng)”。那一年的甘霖，剛剛完成從學(xué)生到科技工作者的角色轉(zhuǎn)變。登上超算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎(jiǎng)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)，他表示，自己的心情“非常激動(dòng)，這意味著我們的階段研究成果取得了一定的突破”。

甘霖說，參加工作這些年，自己感受最深的就是青年科技工作者的平臺(tái)越來越高。“我們能取得的成果，跟國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展是緊密相關(guān)的。最近十幾年隨著國(guó)家對(duì)科技領(lǐng)域的高度重視，超算取得了飛速發(fā)展，不斷研制出先進(jìn)的超算系統(tǒng)，讓我們能夠在上面去做一些實(shí)實(shí)在在的事情，才能取得這樣的成果。”

他也切身感受到，國(guó)家為青年科技工作者營(yíng)造了良好的環(huán)境，搭建了很多優(yōu)質(zhì)的平臺(tái)，比如中國(guó)青年科技工作者協(xié)會(huì)?！懊看螀⒓又星嗫茀f(xié)的活動(dòng)，不光是我們對(duì)外科普宣講的機(jī)會(huì)，也是認(rèn)識(shí)其他領(lǐng)域優(yōu)秀青年科技工作者的機(jī)會(huì)。大家互相交流，產(chǎn)生學(xué)術(shù)的碰撞，還有可能產(chǎn)生新的合作方向，讓我收獲很大?！?/p>

談及未來的工作，甘霖仍然有一種時(shí)不我待的緊迫感。他說，超算行業(yè)自身發(fā)展很快，新的技術(shù)不斷出現(xiàn)。有一些公認(rèn)的難題還有待更好解決。作為年輕人，一定要不怕吃苦，不怕失敗。要敢于去挑戰(zhàn)最難的課題，沖擊科研領(lǐng)域的關(guān)鍵創(chuàng)新。他表示，今后將繼續(xù)做好本職方向的研究工作，讓超算支撐更多重要領(lǐng)域的應(yīng)用，讓國(guó)產(chǎn)超算跑得更快、更遠(yuǎn)。

責(zé)任編輯 趙漢琪