地震数值模拟可以准确实现对地震发生过程的量化描述,是科学家理解地质构造、地震发生与传播机理的重要工具。高精度的地震模拟可大幅改善在复杂三维环境下地震波模拟的准确性,为相应区域提供更为准确的量化灾害分布图,对防震救灾以及地震高发区城市建筑的规划设计具有重要的价值和意义。
由清华大学、山东大学、南方科技大学、中国科学技术大学、国家超级计算无锡中心及国家并行计算机工程与技术研究中心组成的联合研发团队,基于“神威•太湖之光”,成功设计实现了千万核可扩展的高精度非线性大地震模拟软件平台。主要贡献/创新包括:
(1)同时支持基于动力学破裂的震源产生和基于非线性波动模型的地震波传播,实现高精度的全过程地震模拟;
(2)以定制的计算访存重叠、基于片上寄存器通信的访存优化,有效解决了内存带宽限制;
(3)以高效的实时压缩方法,进一步突破内存空间及带宽的限制,取得了18.9 Pflops的持续计算性能;
(4)首次实现了对唐山大地震的18Hz、8米分辨率的高精度模拟。
项目主要成果发表在2017年国际超级计算大会上,文章标题为“18.9-Pflops Nonlinear Earthquake Simulation on Sunway TaihuLight: Enabling Depiction of 18-Hz and 8-Meter Scenarios”,并获颁高性能计算应用领域最高奖“戈登•贝尔”奖,实现了中国在此奖项上自2016年首次获奖后的蝉联。 该工作充分发挥计算机科学与地球科学的交叉优势,相对原有国际最高水平大幅提升了地震模拟的性能和精度,获颁高性能计算应用领域最高奖“戈登•贝尔奖”,是我国高性能计算应用软件的重大突破。特推荐该成果参加清华大学年度重大学术成果评选。