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国产超算 挑起气象服务大梁

来源:经济日报2019-05-21 09:50

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  国产高性能计算机系统“派—曙光”概念图。(国家气象信息中心供图)

  “派—曙光”是应用国产卫星数据、运行国产模式的国产气象高性能计算机系统,日前通过业务验收,正式承担起气象业务运行及科研重任,将帮助气象部门更快地研究、制作、发布更加精准的天气预报,惠及公众。

  俗话说,“天有不测风云”。预测天气和气候是世界上最复杂的问题之一,而每天服务于我们生产生活的天气预报对超算的需求更是迫切和严苛。2018年,中国气象局迎来了国产高性能计算机系统“派—曙光”。日前,这套系统因在前期测试、试运行中表现良好,通过业务验收,正式承担起气象业务运行及科研重任,这也是首台应用国产卫星数据、运行国产模式的国产气象高性能计算机系统。

  在气象领域,天气的数值预报离不开计算机。从20世纪50年代开始,数值模式预报方法取得了成功。然而,60多年来,人们所需的气象预报时空精度越来越高,数值模式已经从一个简单的正解方程发展到世界上最复杂的软件项目之一,海量数据和数百万条代码总能轻易占满计算设备的所有可用资源。

  “改革开放初期,中国气象局引进了M—160Ⅱ和M—170两台大型计算机。使用这两台大型计算机,需要先小心翼翼地穿纸带、凿卡片,然后通过光电读卡机将程序读入到计算机里。”国家气象信息中心副总工程师沈文海告诉经济日报记者,虽然操作繁琐,但这两台机器的性能在当时十分先进,主要用于国际气象通信业务,也被拿来研发数值预报模式,有时还会对外开放,全国各地有需求的人都能来使用。

  沈文海表示,随着气象信息化工作深入开展,国产数值预报模式GRAPES的能力和水平不断改善,已成为支撑智能化网格预报的核心力量。与此同时,数值预报赖以运行的高性能计算资源大幅改善,国产高性能计算机逐渐成为主角。

  当我们挑选电脑或手机等电子产品时,除了看外观,还得考虑它的硬件配置是否适合自己的日常所需。那么,对于全球主要的气象机构而言,什么样的配置才更适合天气预报呢?

  其实,气象预报对高性能计算机的需求与大多数普通人对手机的需求很是类似——架构更先进、计算能力更强、存储容量更大、更加绿色节能,可有效支持海量数据的处理和众多模式的运转,帮助气象部门更快地研究、制作、发布更加精准的天气预报,惠及每一个公众。

  和手机一样,高性能计算机也有自己的“服役期限”,这个周期大约为6至8年。特别是近十几年来,全球高性能计算机持续更新换代,运算能力呈几何倍数增长,应用于气象业务和科研的高性能计算机也呈现出同样的趋势。

  时值国产超算蓬勃发展,已接连在全球最强超级计算机榜单中拔得头筹。“派—曙光”也以超出预期的性能令人眼前一亮——峰值运算速度达到每秒8189.5万亿次,约为此前中国气象局使用的进口高性能计算机系统的8倍;在系统架构上,它有两套子系统互相备份,计算资源相对独立,共享存储资源。如此一来,即便其中一套出现故障,另一套会提供相同支持,气象业务的可靠性大幅提高。

  在去年9月到11月短暂的试运行期间,这套国产高性能计算机系统扛起了GRAPES全球四维变分同化系统、北京市气象局冬奥睿图模式运行、全国高分辨率风能太阳能多源数值预报集成业务和全国水平分辨率200米风能资源图谱制作,以及全球大气再分析产品研制等多项业务、科研的重担。

  值得一提的是,来自“风云”系列国产气象卫星的数据,也已经全面应用到这台国产高性能计算机系统所支持的各项业务和科研作业中。

  据中国气象局相关负责人介绍,“派—曙光”测试与试运行时间虽短,但作出了许多贡献。在2018年汛期实时环境下,这套国产高性能计算机系统已经默默参与到预报重任中,在“玛丽亚”“安比”“山竹”等台风预报中为全国会商提供参考;上海合作组织青岛峰会、上海进口博览会的数值预报产品保障服务工作,都有这套高性能计算机系统贡献的力量;科研人员还利用它开发了GRAPES—GFS全球卫星云图模拟产品、降水量级误差订正产品、平昌冬奥会预报产品等。

  “可以说,运行‘派—曙光’国产高性能计算机后,中国气象局高性能计算机系统总体规模已跃居气象领域世界第三位,仅次于英国气象局和日本气象厅。”沈文海说,高性能计算机领域的革新永无止境,科研人员还将不断努力,继续为公众提供专业、精准的气象服务。(记者郭静原)

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