國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“派—曙光”概念圖。(國(guó)家氣象信息中心供圖)

“派—曙光”是應(yīng)用國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)、運(yùn)行國(guó)產(chǎn)模式的國(guó)產(chǎn)氣象高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，日前通過(guò)業(yè)務(wù)驗(yàn)收，正式承擔(dān)起氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行及科研重任，將幫助氣象部門(mén)更快地研究、制作、發(fā)布更加精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)，惠及公眾。

俗話說(shuō)，“天有不測(cè)風(fēng)云”。預(yù)測(cè)天氣和氣候是世界上最復(fù)雜的問(wèn)題之一，而每天服務(wù)于我們生產(chǎn)生活的天氣預(yù)報(bào)對(duì)超算的需求更是迫切和嚴(yán)苛。2018年，中國(guó)氣象局迎來(lái)了國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“派—曙光”。日前，這套系統(tǒng)因在前期測(cè)試、試運(yùn)行中表現(xiàn)良好，通過(guò)業(yè)務(wù)驗(yàn)收，正式承擔(dān)起氣象業(yè)務(wù)運(yùn)行及科研重任，這也是首臺(tái)應(yīng)用國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)、運(yùn)行國(guó)產(chǎn)模式的國(guó)產(chǎn)氣象高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

在氣象領(lǐng)域，天氣的數(shù)值預(yù)報(bào)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，數(shù)值模式預(yù)報(bào)方法取得了成功。然而，60多年來(lái)，人們所需的氣象預(yù)報(bào)時(shí)空精度越來(lái)越高，數(shù)值模式已經(jīng)從一個(gè)簡(jiǎn)單的正解方程發(fā)展到世界上最復(fù)雜的軟件項(xiàng)目之一，海量數(shù)據(jù)和數(shù)百萬(wàn)條代碼總能輕易占滿計(jì)算設(shè)備的所有可用資源。

“改革開(kāi)放初期，中國(guó)氣象局引進(jìn)了M—160Ⅱ和M—170兩臺(tái)大型計(jì)算機(jī)。使用這兩臺(tái)大型計(jì)算機(jī)，需要先小心翼翼地穿紙帶、鑿卡片，然后通過(guò)光電讀卡機(jī)將程序讀入到計(jì)算機(jī)里。”國(guó)家氣象信息中心副總工程師沈文海告訴經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者，雖然操作繁瑣，但這兩臺(tái)機(jī)器的性能在當(dāng)時(shí)十分先進(jìn)，主要用于國(guó)際氣象通信業(yè)務(wù)，也被拿來(lái)研發(fā)數(shù)值預(yù)報(bào)模式，有時(shí)還會(huì)對(duì)外開(kāi)放，全國(guó)各地有需求的人都能來(lái)使用。

沈文海表示，隨著氣象信息化工作深入開(kāi)展，國(guó)產(chǎn)數(shù)值預(yù)報(bào)模式GRAPES的能力和水平不斷改善，已成為支撐智能化網(wǎng)格預(yù)報(bào)的核心力量。與此同時(shí)，數(shù)值預(yù)報(bào)賴以運(yùn)行的高性能計(jì)算資源大幅改善，國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)逐漸成為主角。

當(dāng)我們挑選電腦或手機(jī)等電子產(chǎn)品時(shí)，除了看外觀，還得考慮它的硬件配置是否適合自己的日常所需。那么，對(duì)于全球主要的氣象機(jī)構(gòu)而言，什么樣的配置才更適合天氣預(yù)報(bào)呢?

其實(shí)，氣象預(yù)報(bào)對(duì)高性能計(jì)算機(jī)的需求與大多數(shù)普通人對(duì)手機(jī)的需求很是類似——架構(gòu)更先進(jìn)、計(jì)算能力更強(qiáng)、存儲(chǔ)容量更大、更加綠色節(jié)能，可有效支持海量數(shù)據(jù)的處理和眾多模式的運(yùn)轉(zhuǎn)，幫助氣象部門(mén)更快地研究、制作、發(fā)布更加精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)，惠及每一個(gè)公眾。

和手機(jī)一樣，高性能計(jì)算機(jī)也有自己的“服役期限”，這個(gè)周期大約為6至8年。特別是近十幾年來(lái)，全球高性能計(jì)算機(jī)持續(xù)更新?lián)Q代，運(yùn)算能力呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，應(yīng)用于氣象業(yè)務(wù)和科研的高性能計(jì)算機(jī)也呈現(xiàn)出同樣的趨勢(shì)。

時(shí)值國(guó)產(chǎn)超算蓬勃發(fā)展，已接連在全球最強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)榜單中拔得頭籌。“派—曙光”也以超出預(yù)期的性能令人眼前一亮——峰值運(yùn)算速度達(dá)到每秒8189.5萬(wàn)億次，約為此前中國(guó)氣象局使用的進(jìn)口高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的8倍;在系統(tǒng)架構(gòu)上，它有兩套子系統(tǒng)互相備份，計(jì)算資源相對(duì)獨(dú)立，共享存儲(chǔ)資源。如此一來(lái)，即便其中一套出現(xiàn)故障，另一套會(huì)提供相同支持，氣象業(yè)務(wù)的可靠性大幅提高。

在去年9月到11月短暫的試運(yùn)行期間，這套國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)扛起了GRAPES全球四維變分同化系統(tǒng)、北京市氣象局冬奧睿圖模式運(yùn)行、全國(guó)高分辨率風(fēng)能太陽(yáng)能多源數(shù)值預(yù)報(bào)集成業(yè)務(wù)和全國(guó)水平分辨率200米風(fēng)能資源圖譜制作，以及全球大氣再分析產(chǎn)品研制等多項(xiàng)業(yè)務(wù)、科研的重?fù)?dān)。

值得一提的是，來(lái)自“風(fēng)云”系列國(guó)產(chǎn)氣象衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，也已經(jīng)全面應(yīng)用到這臺(tái)國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所支持的各項(xiàng)業(yè)務(wù)和科研作業(yè)中。

據(jù)中國(guó)氣象局相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，“派—曙光”測(cè)試與試運(yùn)行時(shí)間雖短，但作出了許多貢獻(xiàn)。在2018年汛期實(shí)時(shí)環(huán)境下，這套國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)默默參與到預(yù)報(bào)重任中，在“瑪麗亞”“安比”“山竹”等臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)中為全國(guó)會(huì)商提供參考;上海合作組織青島峰會(huì)、上海進(jìn)口博覽會(huì)的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品保障服務(wù)工作，都有這套高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)貢獻(xiàn)的力量;科研人員還利用它開(kāi)發(fā)了GRAPES—GFS全球衛(wèi)星云圖模擬產(chǎn)品、降水量級(jí)誤差訂正產(chǎn)品、平昌冬奧會(huì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品等。

“可以說(shuō)，運(yùn)行‘派—曙光’國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)后，中國(guó)氣象局高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總體規(guī)模已躍居氣象領(lǐng)域世界第三位，僅次于英國(guó)氣象局和日本氣象廳。”沈文海說(shuō)，高性能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的革新永無(wú)止境，科研人員還將不斷努力，繼續(xù)為公眾提供專業(yè)、精準(zhǔn)的氣象服務(wù)。(記者郭靜原)