海洋本身就是一座幾乎未開發(fā)寶藏，今天我們也只是在用高性能計(jì)算探索出了它們中很小部分的秘密。

據(jù)國家海洋局第一海洋研究所的劉海行主任介紹：國家物理海洋科研手段之一是海洋環(huán)境數(shù)據(jù)模擬，比如海洋數(shù)值模式：根據(jù)海洋中的基本物理定律，確定海洋系統(tǒng)中各個(gè)成份的性狀及其演變的數(shù)學(xué)方程組，并將其在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)程序化，它使得海洋科學(xué)“可實(shí)驗(yàn)”，同時(shí)，它也是研究海洋和進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)測的核心手段。

上圖為：據(jù)國家海洋局第一海洋研究所的劉海行主任

海洋數(shù)值模式探索的意義

海洋數(shù)據(jù)模式探索的意義在于：

從理論研究來言，體現(xiàn)了對物理過程認(rèn)識及應(yīng)用的水平;

通過觀測檢測：體現(xiàn)了一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平;

數(shù)值模式：體現(xiàn)了一個(gè)國家的海洋的科學(xué)研究能力。

因此，很多國家都高度重視海洋環(huán)境數(shù)據(jù)模擬，國家海洋局第一海洋研究所研發(fā)了自身的高效并行海浪數(shù)據(jù)模式，其具體實(shí)現(xiàn)方式為：

非規(guī)則類矩形分區(qū)方案(二次曲線填充)，降低相鄰距離，提高Cache效率，減少鄰居數(shù)和交換點(diǎn)數(shù);

空間格式序列化內(nèi)存存儲方案，避免計(jì)算過程對計(jì)算點(diǎn)的判斷;

負(fù)載接近絕對均衡，各分區(qū)計(jì)算點(diǎn)數(shù)相差。

海洋研究的高標(biāo)準(zhǔn)需求

由于上述高性能計(jì)算的復(fù)雜性，對計(jì)算、存儲及科研能力均提出了很高的需求，在計(jì)算能力方面，需要：

模式計(jì)算：要求8000核，1天可積分3年，1年可積分 1000年;

同化計(jì)算：集合調(diào)整卡曼濾波，10個(gè)集合成員7680核，1天可積分16天;

達(dá)到1/32度：計(jì)算量至少提高30倍。

在存儲需求方面：

模式輸出(IO壓力)：每次IO壓力最少20GB，

達(dá)到1/32度。

而在研發(fā)能力方面，更是對復(fù)合型人才提出了很高的需求：

在模式擴(kuò)展方面：針對大規(guī)模并行計(jì)算設(shè)計(jì)，改進(jìn)模式代碼;

并行方案：針對應(yīng)用設(shè)計(jì) ，改進(jìn)網(wǎng)格方案;

工具軟件：性能分析，計(jì)算優(yōu)化。

構(gòu)建海洋環(huán)境數(shù)值模擬系統(tǒng)

當(dāng)然，辦法總比困難多，國家海洋局最終建立起三維、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的海洋環(huán)境數(shù)值模擬系統(tǒng)，以創(chuàng)新的數(shù)字化技術(shù)加速海洋研究和海洋資源的開發(fā)利用。借助于高性能計(jì)算平臺所提供的領(lǐng)先性能和統(tǒng)一編程模型，將處理器與通用x86結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了完美整合，從而構(gòu)建出海洋環(huán)境數(shù)值模擬系統(tǒng)，通過更快速的數(shù)據(jù)分析為實(shí)時(shí)監(jiān)測海洋環(huán)境數(shù)據(jù)提供強(qiáng)勁的計(jì)算引擎與堅(jiān)實(shí)的創(chuàng)新基石。

相信未來不久，洶涌的海浪潮涌，通過高性能計(jì)算技術(shù)我們會(huì)獲得更多關(guān)于海洋的奧秘!