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現(xiàn)代科學(xué)研究和工程技術(shù)中，高性能計算應(yīng)用將建模、算法、軟件研制和計算模擬融為一體，已成為高性能計算機實現(xiàn)在重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域應(yīng)用的必要紐帶。文章從高性能計算機的發(fā)展趨勢、不同科學(xué)計算應(yīng)用對高性能計算機的需求談起，回顧和剖析了來自中國科學(xué)院多個學(xué)科的科學(xué)家協(xié)同通關(guān)，發(fā)揮學(xué)科深度交叉的優(yōu)勢，在“曙光1000”并行計算機上完成了多個應(yīng)用軟件并在天然DNA的整體電子結(jié)構(gòu)理論計算、激光晶體材料（LBO）電子態(tài)理論分析及廣義本征值并行計算等方面取得了令人矚目的高水平成果的案例。多年來，中國科學(xué)院始終位列我國科學(xué)計算應(yīng)用發(fā)展的前沿。在應(yīng)用水平、計算規(guī)模及成果顯示度均取得了長足進步的背景下，文章選取了大氣科學(xué)、生命科學(xué)、高能物理、計算化學(xué)和材料科學(xué)等典型傳統(tǒng)科學(xué)計算應(yīng)用，從科學(xué)家的視角對它們的現(xiàn)狀、領(lǐng)域發(fā)展促進及未來趨勢作了介紹，以期能引發(fā)讀者更深入的思考與關(guān)注。最后，提出了進一步發(fā)展我國科學(xué)計算的若干建議。

關(guān)鍵詞：科學(xué)計算    高性能計算機    高性能計算應(yīng)用

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《高性能計算之源起——科學(xué)計算的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展思考(上)》

3.5.1 現(xiàn)狀

第一性原理（First-principles）材料模擬的主要任務(wù)即從密度泛函理論（Density Functional Theory，DFT）出發(fā)，在無任何經(jīng)驗參數(shù)的條件下從頭計算分子和固體材料的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用。第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算軟件包括了一些有史以來計算成本最高的科學(xué)應(yīng)用程序，無論是硬件還是軟件發(fā)展方面，它們（如VASP、Gaussian、NWChem等）總是經(jīng)常處于對高性能計算能力需求的最前沿。為了通過密度泛函理論數(shù)值計算求解具體的物理化學(xué)問題，需要采用基組展開等方法將DFT方程離散成計算機可以識別和操作的數(shù)組和矩陣，從而獲得材料中所有原子周圍的電子密度，進而計算出材料的電子結(jié)構(gòu)及其他重要特性。第一性原理軟件包大致可以分為平面波基組軟件、原子軌道線性組合（LCAO）基組軟件、混合型平面波和高斯基組軟件。如果從計算復(fù)雜度（包括計算時間和內(nèi)存）上區(qū)分，第一性原理電子結(jié)構(gòu)計算方法可以分為傳統(tǒng)的高標(biāo)度法和線性標(biāo)度法。

當(dāng)今國際上的高性能第一性原理計算軟件（包括低標(biāo)度和高標(biāo)度）并不多，僅有LS3D、CP2K、NWChem、BigDFT、DGDFT和Qbox等可實現(xiàn)中等規(guī)模高性能并行計算（10 000個CPU核以上），其中LS3D和Qbox曾獲得“戈登·貝爾”獎。另外，DGDFT和國內(nèi)商業(yè)軟件PWmat還采用了圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU），GPU加速大大地提高了計算效率。同時，VASP、Gaussian、NWChem和BigDFT等軟件也正在發(fā)展GPU加速模塊。

3.5.2 對領(lǐng)域應(yīng)用的促進

通過輸入的材料結(jié)構(gòu)信息，第一性原理計算可較為準(zhǔn)確地預(yù)測已知材料的基態(tài)結(jié)構(gòu)和基本物理化學(xué)性質(zhì)，并實現(xiàn)原子級別的精準(zhǔn)控制。這已成為21世紀(jì)解決實驗理論問題和預(yù)測新材料結(jié)構(gòu)性能的強有力工具和標(biāo)準(zhǔn)研究方法。該方法不需要開展真實的實驗，極大地節(jié)省了成本，縮短了新材料的開發(fā)周期，為材料的制備和改性、新材料的開發(fā)以及極端環(huán)境下材料的性質(zhì)研究提供了有效的理論指導(dǎo)。然而，由于計算量極大，第一性原理材料模擬領(lǐng)域的科研人員對軟件性能和計算資源的需求越來越大。高性能計算的快速發(fā)展為第一性原理計算提供了機遇，使其在凝聚態(tài)物理學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著日漸重要的作用，包括模擬并解釋實驗新現(xiàn)象，分析其本征物理機制，以及設(shè)計新型功能材料并預(yù)測新奇性質(zhì)等，取得了很多重要科研成果。可以說，第一性原理計算體現(xiàn)了量子力學(xué)理論與高性能計算之間的高度結(jié)合，實現(xiàn)了理論-模擬-實驗三位一體的科研模式，并引發(fā)了材料科學(xué)的革新。

3.5.3 發(fā)展趨勢

事實上，第一性原理計算現(xiàn)已成為高性能計算中應(yīng)用最廣泛和最活躍的領(lǐng)域。該領(lǐng)域研究的快速發(fā)展不僅歸功于理論、算法和軟件進步，更得益于計算機硬件能力的指數(shù)級增長，包括處理器速度和數(shù)目的增加、內(nèi)存容量和速度的增長、大規(guī)模并行處理能力的提高等。隨著計算機硬件和算法軟件的發(fā)展，高性能計算機的計算能力飛速提高，第一性原理計算應(yīng)用領(lǐng)域也將大步前進。更精確、更大體系的第一性原理計算以及更長時間尺度的分子動力學(xué)模擬都將成為可能，其計算結(jié)果也將更加接近真實體系，從而使第一性原理計算發(fā)揮更大作用。

3.6.1 現(xiàn)狀

由于結(jié)構(gòu)材料的復(fù)雜性和應(yīng)用對性能的多方面需求，一種新材料從設(shè)計到應(yīng)用往往需花費20年以上。以航空發(fā)動機用鈦合金為例，對其強度、模量、韌性、疲勞、蠕變、氧化、腐蝕等方面性能均有很高要求，此外還需長壽命、高可靠、低成本。發(fā)達國家在航空航天材料方面有近百年的積累，而我國雖經(jīng)幾十年的研究，也有很多自己的合金牌號，但許多關(guān)鍵材料仍無法自給，其原因之一是基礎(chǔ)研究不足。

21世紀(jì)以來，人們逐漸認(rèn)識到計算模擬對新材料研發(fā)的促進作用，美國先后啟動了“集成計算材料工程”（ICME）[20, 21]和“材料基因組計劃”（MGI）[22-24]，希望借助計算加速新材料的研發(fā)，同時降低成本。我國2016年啟動了材料基因工程計劃，希望結(jié)合計算及實驗，促進鈦合金等多種關(guān)鍵材料的研發(fā)，以滿足航空航天及燃?xì)廨啓C等的需求。

3.6.2 對領(lǐng)域應(yīng)用的促進

在新材料的研發(fā)與優(yōu)化方面，多尺度模擬在合金化效應(yīng)計算與合金元素篩選，微觀原子變形機制的揭示，不同條件下的微觀組織演化以及熱加工工藝的優(yōu)化等方面都起到重要作用，而這些都需要以高性能計算為基礎(chǔ)。中國科學(xué)院金屬研究所在國內(nèi)率先集成多尺度模擬與實驗研究，研發(fā)出應(yīng)用600℃的高溫鈦合金Ti60和應(yīng)用于人體的低模量鈦合金Ti2448，并對TiAl合金葉片的應(yīng)用等方面起到了重要推動作用，但仍無法滿足航空、航天、航海、能源等對新材料的巨大需求。上述對性能的多方面需求，均需以材料的成分和組織為保證。盡管先進的測試手段不斷涌現(xiàn)，但仍無法滿足合金形變、相變機制及組織演化等的理解。例如，保載疲勞從20世紀(jì)70年代開始，一直制約著鈦合金的高效應(yīng)用。

中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心張鑒團隊與中國科學(xué)院金屬研究所合作開展合金微結(jié)構(gòu)演化相場模擬研究，研發(fā)了合金微組織演化大模擬并行軟件ScETDPF。它是基于可擴展緊致指數(shù)時間差分算法庫的相場模擬軟件，支持計算材料科學(xué)、計算物理學(xué)、計算生命科學(xué)等學(xué)科的計算模擬，實現(xiàn)了國際上最大規(guī)模的合金微結(jié)構(gòu)粗化相場模擬，有助于加快我國新型合金的設(shè)計和加工工藝優(yōu)化。團隊?wèi)?yīng)用ScETD-PF軟件在“神威·太湖之光”超級計算機上運行合金微結(jié)構(gòu)粗化過程相場模擬，規(guī)模較以往提高近百倍，實現(xiàn)了超過千萬核的擴展性能，相場模擬實際性能達到峰值的40%，遠(yuǎn)高于普通軟件約5%的水平。該軟件入圍了2016年“戈登·貝爾”獎候選名單[25]。

3.6.3 發(fā)展趨勢

國產(chǎn)計算系統(tǒng)的研發(fā)將改變我國過去以實驗和仿制為主的新材料研發(fā)模式。通過計算模擬篩選合金成分，揭示形變、裂紋萌生的微觀機理，探索不同微觀組織的形成機制及其對性能的影響，為材料性能控制指明方向。甚至在材料制備之前即可模擬其在不同應(yīng)用下的性能，從而大幅度減少實驗次數(shù)及時間，顯著提升創(chuàng)新能力。還可通過模擬，根據(jù)新部件設(shè)計對材料提出新要求，實現(xiàn)材料的按需設(shè)計，最終提升航空航天等系統(tǒng)的水平。

3.7.1 現(xiàn)狀

材料是國民經(jīng)濟的基石，是實現(xiàn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要基礎(chǔ)。隨著計算機模擬技術(shù)的發(fā)展，流體力學(xué)、材料和醫(yī)療等專業(yè)領(lǐng)域也開始使用模型輔助科學(xué)研究。由于其問題的復(fù)雜性，這些領(lǐng)域的模型參數(shù)優(yōu)化使用單一的優(yōu)化算法或者適應(yīng)度計算方法無法有效解決問題，比如某些方法精度高但運行時間長，而某些方法需要苛刻的前置條件。因此，在這些領(lǐng)域通常采用多種方法結(jié)合的方式進行參數(shù)優(yōu)化，即由不同步驟組合起來進行問題求解，從而發(fā)揮各個方法的優(yōu)點，更有效率的解決問題。同時，應(yīng)用領(lǐng)域有很多商業(yè)軟件，不提供相應(yīng)SDK（軟件開發(fā)工具包），整個流程通常只能采用腳本語言（如Shell語言）對各個步驟進行連接。

3.7.2 對領(lǐng)域應(yīng)用的促進

多步驟參數(shù)優(yōu)化算法的典型場景是材料學(xué)領(lǐng)域的晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測算法。目前常見的結(jié)構(gòu)能量計算方法有分子動力學(xué)模擬的方法和基于第一性原理的密度泛函理論（DFT）方法。DFT方法能夠提供更準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)能量，但計算成本很高。以TiO2晶體為例，采用分子動力學(xué)軟件LAMMPS計算其能量，平均耗時為169 ms（100次實驗的統(tǒng)計結(jié)果，下同）；而采用DFT軟件VASP計算其能量，平均耗時為10 309.27 s，兩者相差將近6萬倍。在DFT軟件的基礎(chǔ)上采用參數(shù)優(yōu)化算法搜索結(jié)構(gòu)晶體狀態(tài)，其時間成本很可能超出科學(xué)家可接受時間上限。由此可見，單純采用分子動力學(xué)方法進行結(jié)構(gòu)能量模擬，很難獲得和DFT方法同等的模擬精度；而單純采用DFT方法，隨著分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜度上升，其時間成本越來越昂貴。

3.7.3 發(fā)展趨勢

多步驟參數(shù)優(yōu)化算法較好地解決了這個問題。目前該領(lǐng)域通常是將兩種方法結(jié)合，在不明顯影響系統(tǒng)效率的情況下，有效提升模擬方法的精確度。美國Ames國家實驗室提出一種AGA（Adaptive Genetic Algorithm）算法，其采用遺傳算法進行給定結(jié)構(gòu)的晶體狀態(tài)搜索，在GA計算個體適應(yīng)度時，采用分子動力學(xué)方法模擬結(jié)構(gòu)能量。同時，創(chuàng)造性地添加了Adaptive loop模塊，將GA生成的數(shù)個最優(yōu)結(jié)構(gòu)交與第一性原理DFT方法重新精確計算其結(jié)構(gòu)能量，再采用Force-Matching方法基于精確信息對分子動力學(xué)方法的勢參數(shù)進行耦合，從而提升分子動力學(xué)方法的精確性。如此組成大循環(huán)，直至收斂。

3.8.1 現(xiàn)狀

宇宙學(xué)模擬是理解星系形成、暗物質(zhì)、暗能量等重大科學(xué)問題的重要手段，從計算技術(shù)方面來講，宇宙學(xué)模擬涉及的物理過程之多、動力學(xué)范圍之大、計算方法之復(fù)雜、計算規(guī)模之大，一直是反映國際高性能計算發(fā)展水平的典型代表。其中最核心的N體問題模擬及其應(yīng)用先后9次獲得“戈登·貝爾”獎，這充分顯示N體問題相關(guān)算法及其應(yīng)用的重要性和并行實現(xiàn)的技術(shù)難度。

日本東京大學(xué)的Ishiyama和Makino等開發(fā)了N體問題并行數(shù)值模擬軟件GreeM，并在富士通“京”超級計算機上通過各種性能優(yōu)化技術(shù)，在國際上率先實現(xiàn)了萬億粒子規(guī)模的宇宙學(xué)N體模擬。

我國在宇宙學(xué)N體問題大規(guī)模模擬方面近幾年取得重要突破。中國科學(xué)院國家天文臺計算天體物理重點實驗室和中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心合作，在國際上率先發(fā)展了基于MIC/CPU混合架構(gòu)的宇宙學(xué)N體模擬軟件PhontoNs。該軟件在“ Intel并行應(yīng)用挑戰(zhàn)賽2014”的兩個獎項上均獲得了亞軍。

3.8.2 對領(lǐng)域應(yīng)用的促進

2015年北京師范大學(xué)張同杰率領(lǐng)的研究團隊開發(fā)了Tian-Nu軟件，在“天河二號”上成功進行3萬億粒子數(shù)的中微子和暗物質(zhì)的宇宙學(xué)N體問題模擬，揭示了宇宙大爆炸1 600萬年后至今的137億年的演化進程[26]。該軟件基于P2P和PM的耦合算法，模擬結(jié)果已發(fā)表在《自然-天文》（Nature Astronomy）上，獲得了國際宇宙學(xué)領(lǐng)域的高度關(guān)注。

3.8.3 發(fā)展趨勢

目前國際上成熟的宇宙學(xué)模擬軟件均基于純CPU的傳統(tǒng)超級計算機，而大型超級計算機的主流發(fā)展方向是深度異構(gòu)。在異構(gòu)計算環(huán)境下對超大規(guī)模粒子體系進行快速模擬需要研究如何提高算法的并行可擴展性，尤其需要解決動態(tài)模擬過程中粒子分布不均時的負(fù)載均衡問題。另外，還需要研究眾核異構(gòu)平臺上的性能優(yōu)化技術(shù)、分布式八叉樹周游的計算與通信重疊技術(shù)、三維FFT大規(guī)模可擴展性并行劃分與通信。中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心正在與中國科學(xué)院國家天文臺合作，針對國產(chǎn)超級計算機，通過并行異構(gòu)算法設(shè)計以及代碼優(yōu)化，研發(fā)能夠滿足宇宙學(xué)超大規(guī)模數(shù)值模擬需求的引力場N體模擬軟件。基于國產(chǎn)計算系統(tǒng)的天文N體計算模擬軟件將實施千億量級及以上規(guī)模的高效率宇宙學(xué)模擬，為國際大型星系巡天、暗物質(zhì)、暗能量大型探測計劃，以及我國重大科學(xué)工程500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）和空間站巡天望遠(yuǎn)鏡等大科學(xué)裝置提供必要的數(shù)值模擬支撐。

3.9.1 現(xiàn)狀

從管中窺豹的DNA分子排列，到暗藏殺機的復(fù)雜遺傳疾病；從小分子代謝物流轉(zhuǎn)不息，到眼角眉梢的巧笑嫣然；見微知著地貫通微觀到宏觀是無數(shù)遺傳學(xué)家思考畢生的問題。前瞻性隊列研究是流行病學(xué)的基本觀察性研究設(shè)計之一，自20世紀(jì)70—80年代起，世界各國陸續(xù)開始建立長期隨訪的人群隊列。新建立的人群隊列，如中國法醫(yī)分子畫像樣本庫、荷蘭Rotterdam隊列、英國雙生子隊列、英國ALSPAC隊列、美國波士頓隊列、澳大利亞QIMR隊列、拉丁美洲CANDELA隊列等，其規(guī)模越來越大，且包含較為全面的健康結(jié)局信息、環(huán)境暴露信息和社會學(xué)信息。這些數(shù)據(jù)具備部分大數(shù)據(jù)的特征：大型隊列的規(guī)模已經(jīng)達到了50萬種樣本以上，且采樣精度不斷提高，通過整合基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、表觀組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、免疫組學(xué)和影像組學(xué)等多維數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量迅速擴大；表型數(shù)據(jù)包含非結(jié)構(gòu)化圖像、音、視頻等高度異質(zhì)性數(shù)據(jù)，并且存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，呈現(xiàn)出多樣性和異質(zhì)性；借助電子健康記錄及智能傳感設(shè)備，數(shù)據(jù)更新頻繁。深入解析這些數(shù)據(jù)是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和DNA表型刻畫等多領(lǐng)域的核心目標(biāo)，在復(fù)雜疾病的個性化預(yù)防、診療和指導(dǎo)公安刑偵破案等方面有重要的應(yīng)用價值。

3.9.2 對領(lǐng)域應(yīng)用的促進

隨著測序技術(shù)不斷發(fā)展和各國對普惠健康領(lǐng)域投入的增加，新建立的人群隊列規(guī)模越來越大，且包含較為全面的健康結(jié)局信息、環(huán)境暴露信息和社會學(xué)信息，這些數(shù)據(jù)具備部分大數(shù)據(jù)的特征。未來由隊列聯(lián)盟整合的跨國人群隊列的樣本規(guī)模會達到千萬級，傳統(tǒng)分析手段的處理效率難以適應(yīng)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生速度。與此同時，借助電子健康記錄及智能傳感設(shè)備的實用，頻繁更新的多維表型組學(xué)數(shù)據(jù)形成了高度異質(zhì)的數(shù)據(jù)集合。深入解析這些數(shù)據(jù)需設(shè)計高效合理的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)以對多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)的清洗、標(biāo)準(zhǔn)化和存儲，并引入新算法進行處理。

3.9.3 發(fā)展趨勢

面對樣本量和數(shù)據(jù)維度的爆炸性增加，生物信息學(xué)也迎來了技術(shù)拐點。科研界和工業(yè)界共同發(fā)力，許多經(jīng)典的生物信息學(xué)算法和流程通過使用高性能計算資源，提高了生產(chǎn)效率，增強了系統(tǒng)易用性，降低了存儲管理難度；而針對高性能計算平臺開發(fā)的機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法，也在解析多維數(shù)據(jù)復(fù)雜因果關(guān)系及交互作用網(wǎng)絡(luò)方面嶄露頭角。以經(jīng)典的全基因組關(guān)聯(lián)分析為例，配合高性能運算平臺的高算力開發(fā)的新統(tǒng)計學(xué)習(xí)算法，可以極大提高統(tǒng)計效力，從而發(fā)現(xiàn)以前未發(fā)現(xiàn)的影響人類復(fù)雜表型的遺傳因子，深入理解其遺傳結(jié)構(gòu)。對于復(fù)雜疾病來說，這能夠提供明確的分子通路和基因靶標(biāo)，進而完善復(fù)雜疾病的個性化預(yù)防、診療、分子分型、預(yù)后等健康管理方案。對于人類復(fù)雜外貌表型來說，也可以基于發(fā)現(xiàn)的遺傳因子建立外貌表型預(yù)測模型，推動協(xié)助刑事案件偵查、海關(guān)檢驗和移民管理等工作進入主動、精確、智能的新時代。將來，高性能計算將進一步推動面向生命科學(xué)研究的機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的算法開發(fā)，助力數(shù)據(jù)聚類、建模預(yù)測、文本挖掘、圖像識別等領(lǐng)域開展數(shù)據(jù)驅(qū)動型研究。

歷經(jīng)30年，我國的科學(xué)計算由起步發(fā)展至今，在諸多研究領(lǐng)域取得了長足的進步，但仍需面對E級超算（E級超算是指每秒可進行百億億次浮點運算（1018 Flops）的超級計算機，是全世界公認(rèn)的“超級計算機的下一頂皇冠”）的新挑戰(zhàn)。高性能計算機的體系結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，其特征是處理器和加速器部件的復(fù)雜深度異構(gòu)、單處理器內(nèi)眾核、單節(jié)點內(nèi)多處理器、數(shù)萬計算結(jié)點、多級存儲系統(tǒng)和超高速內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這對應(yīng)用軟件的研制提出了眾多挑戰(zhàn)。

我國經(jīng)過多年的努力和投入，超級計算機硬件基礎(chǔ)設(shè)施能力已達國際先進水平。但由于在科學(xué)計算軟件方面如基礎(chǔ)算法庫、并行算法庫、高性能計算應(yīng)用中間件和各學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用軟件缺乏穩(wěn)定投入和長期積累，導(dǎo)致我國科學(xué)計算應(yīng)用各環(huán)節(jié)均嚴(yán)重依賴國外。特別是使用國外軟件占比高達90%以上，這已成為制約我國高性能計算進一步發(fā)展的“卡脖子”問題。

為了更好地發(fā)展我國的科學(xué)計算應(yīng)用和加強研發(fā)應(yīng)用軟件，今后應(yīng)戰(zhàn)略性布局和規(guī)劃我國科學(xué)計算的發(fā)展路線和實施計劃，具體給出5點建議。

（1）設(shè)立國家級高性能計算軟件研發(fā)中心，并給予長期穩(wěn)定支持。針對國產(chǎn)處理器研發(fā)若干重要領(lǐng)域的科學(xué)計算軟件；通過挖掘若干應(yīng)用領(lǐng)域的科學(xué)問題，以應(yīng)用需求為導(dǎo)向，設(shè)立長期穩(wěn)定的科學(xué)目標(biāo)。圍繞該目標(biāo)，開展長期、持續(xù)的軟件研發(fā)。

（2）大力加強高性能計算應(yīng)用中間件的開發(fā)。近年來，在國家“ 863”計劃和重點研發(fā)計劃“高性能計算”專項的支持下，我國科研工作者成功研制了三維并行結(jié)構(gòu)自適應(yīng)軟件框架JASMIN[[27]和三維并行自適應(yīng)有限元軟件平臺PHG[[28]。中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心科研人員在計算科學(xué)應(yīng)用研究中心支持下，正研發(fā)并行計算框架SC Tangram。通過框架支撐，并行計算細(xì)節(jié)可對應(yīng)用科學(xué)計算研究人員屏蔽，使其可集中于物理模型和計算方法創(chuàng)新并加速計算程序與新方法、新模型的融合，最終實現(xiàn)大規(guī)模并行計算應(yīng)用軟件的快速開發(fā)。

（3）進一步在國家戰(zhàn)略層面加強科學(xué)計算應(yīng)用軟件的規(guī)劃和開發(fā)。科學(xué)計算應(yīng)用軟件是計算科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域交叉融合的產(chǎn)物，涉及面廣。僅僅依靠高等院校和科研院所的研究人員憑興趣自發(fā)或是零散的研發(fā)應(yīng)用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)從國家戰(zhàn)略層面和科學(xué)問題的需要出發(fā)，以需求為牽引，以需要解決問題為目標(biāo)，制定10年甚至更長時間的規(guī)劃并堅定地執(zhí)行方才能見到成效。

（4）提高科學(xué)計算應(yīng)用的基礎(chǔ)研究水平。科學(xué)計算能力包括計算機軟件硬件、支撐軟件以及算法的能力。只有提高科學(xué)計算應(yīng)用的基礎(chǔ)研究水平，才能對高性能計算機的軟硬件提出更高的需求，從而推動高性能計算應(yīng)用向著更深層次和更高水平發(fā)展。大力發(fā)展復(fù)雜異構(gòu)系統(tǒng)上的各種精度的混合計算方法，加強高性能體系結(jié)構(gòu)發(fā)展與算法、軟件的互動。

（5）大力加強計算科學(xué)和應(yīng)用學(xué)科的復(fù)合型人才培養(yǎng)。科學(xué)計算涉及應(yīng)用科學(xué)、計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)等多個學(xué)科，必須在高等教育、繼續(xù)教育以及研究院所等層面開展相關(guān)培養(yǎng)工作，加大經(jīng)費支持，建立適合的評價機制，鼓勵研究人員從事計算應(yīng)用軟件的研發(fā)，提高待遇，從而形成可持續(xù)性發(fā)展的局面。

致謝

感謝中國科學(xué)院大氣物理研究所劉海龍和唐曉、中國科學(xué)院上海藥物研究所于坤千、中國科學(xué)院高能物理研究所陳瑩、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)胡偉、中國科學(xué)院金屬研究所徐東生、中國科學(xué)院北京基因組研究所劉凡、中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心王彥堈和王武提供了相關(guān)科學(xué)計算應(yīng)用的文字材料；感謝中國科學(xué)院物理研究所王鼎盛院士提供珍藏了20多年的、發(fā)表在《人民日報》和《中國科學(xué)報》上的有關(guān)“曙光1000”攻關(guān)的報道。

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本文摘抄自《中國科學(xué)院院刊》2019年第6期

由金鐘、陸忠華、李會元、遲學(xué)斌、孫家昶等撰寫

原文鏈接：http://www.bulletin.cas.cn/publish_article/2019/6/20190605.htm