曙光8000（登峰）支撑我国气象预报业务化能力跻身全球第一梯队

近日，中科曙光联合中国气象局地球系统数值预报中心发布首个全国产十万卡AI超集群曙光8000最新应用成果：我国自主研发的下一代多矩约束有限体积（MCV）天气气候一体化模式实现全球公里级数值预报计算时效达标。 该MCV模式可在一小时内完成全球5公里分辨率、时长10天的气象预报全量计算。这是曙光8000（登峰）上线仅一个多月，就取得的又一重大应用成果，依托该平台，我国自主气象预报综合性能已超越当前全球主流业务化预报系统，标志着我国全球公里级数值预报正式跻身全球第一梯队，达到全球领先水平。

中国气象局地球系统数值预报中心研究员副主任李兴良表示，MCV模式是中国气象局地球系统数值预报中心团队自主研发的核心算法。该算法历经十余年研发，主要解决三方面问题：一是有效提升模式预报精度；二是支持长时间尺度大气质量模拟；三是能够充分应用高性能计算硬件资源。

中科曙光高端计算总工程师卜景德表示，传统超算项目大多侧重硬件建设，而曙光8000（登峰）在立项之初，就把应用适配摆在核心位置。硬件部署也同步启动应用专项，汇聚国内一批具备自主开发能力的顶尖科研团队开展联合攻关，完成架构讲解、代码深度调优等工作。正是基于这一理念，使得平台上线一个月内就完成近千项超智融合应用适配优化，快速落地包括气象准业务系统在内的多项世界级应用成果。

国产计算平台跑出“加速度”

长期以来，我国高精度全球数值气象预报发展存在多重瓶颈：一方面，高分辨率全球气象模拟运算量极大，对超算算力、国产化硬件平台要求极高，过去长期依赖国外计算设备与成熟预报模式，自主底层算力支撑不足；另一方面，想要实现公里级、长时效的精细化全球预报，既要突破自主数值模式核心算法壁垒，又要解决算力集群国产化、大规模并行计算效率偏低的问题，难以快速完成海量气象数据运算。

曙光8000（登峰）自上线后所展现出的国产异构计算平台支撑大规模科学应用的能力为解决气象领域难题提供了全新技术路径。不过，气象数值模式与计算硬件架构繁复，若要充分释放硬件算力、发挥平台计算性能，算法研发、程序性能优化及超算设备厂商之间必须开展深度协同、联合攻关。

在一年多的合作过程中，中科曙光与中国气象局地球系统数值预报中心的合作团队，不仅完成国产异构计算平台移植优化，还实现数千卡级国产异构加速器稳定运行。

具体来看，双方依托曙光8000（登峰）国产异构计算平台及配套编译器优势，使得MCV模式能够在平台上做到运行结果二进制一致，大幅降低移植过程中正确性验证的难度。同时，基于曙光8000搭载的国产GPU，通过内核优化、显存池技术、GPU卡间通信优化等手段，充分挖掘国产GPU硬件性能，最终实现MCV模式在国产异构计算平台上的稳定高效运行。此外，通过设备内存管理、通信算法与I/O路径多轮优化，实现计算资源利用率提升10%、通信模块算法加速3.7倍、I/O性能提升超30倍。

未来，双方将围绕MCV模式开展多维度合作：一是对MCV模式进行深度优化，推动模式算法与硬件架构深度融合，全面提升整体计算效率；二是完成地球系统多分量移植工作，将资料同化、海洋、海冰等各类分量模式迁移至国产异构计算平台，推出适配国产GPU的地球系统模式版本。同时，开展下一代计算架构前瞻探索，搭建MCV性能评估模型，为定制化专用计算芯片设计提供支撑。

“在项目攻关阶段，气象模式算法完成开发后，最大难点是达成业务运行的时效指标。项目初期，实际运算耗时较目标要求高出5-10倍。团队起初仅开展简单的单元并行优化，收效并不理想。为此，双方组建跨领域联合攻关团队，汇聚气象算法与计算机体系结构专业人才深度协同，从算法底层关键环节切入，对程序进行系统性重构，最终实现数倍的性能提升。”卜景德如是说。

持续支撑重大科学应用落地

曙光8000（登峰）采用CPU+GPU异构计算体系，实现了全类型计算的原生一体化融合，能够更好适配高精度科学计算和低精度智能计算的复合需求。作为一套超级系统工程，曙光8000（登峰）具有“芯片、计算、存储、网络、散热、应用、服务”全链路全自研AI基础设施能力，可覆盖科学计算、大模型训练、AI推理、工业仿真等多类科研和产业场景。
目前，曙光8000（登峰）已完成近千项超智融合应用优化，支持500余个主流大模型发布即适配。例如，在重点大应用方面，已实现蛋白质折叠模拟、万亿原子级水分子动力学模拟、百万亿网格湍流模拟等。

从本次与中国气象局地球系统数值预报中心联合落地的MCV模式合作项目中可以看出，这套全国产算力底座已具备承接真实国家级科研任务的完整能力。其不仅完成了气象数值模式、算法优化与国产高性能计算硬件的深度适配协同，更攻克了高分辨率气候模拟对大规模算力、并行调度的严苛需求。

“首先，该项目沉淀下的工程化经验，能够向千行百业复制赋能，可应用于工程仿真、生命科学、石油物探等领域，提升各类科研仿真任务的稳定性与运行效率。其次，项目能够推动国产应用软件生态建设。过去大量科学计算依赖国外软件，本次与气象局联合打磨MCV模式，打通国产应用从‘跑不通、跑得慢’到‘高效率、大规模可用’的路径，带动更多国产应用落地。最后，项目进行过程中诞生大量算法创新。这些在气象生产级场景验证过的超智融合、新一代模式研发技术，后续可以迁移到工业仿真、汽车研发等高容错要求严苛的产业场景。”卜景德如此说道。

曙光8000（登峰）上线仅一个月，便支撑MCV取得世界级应用成果，不仅说明国家重大算力设施建成后能够迅速承接真实科研与业务任务，也标志着我国依托国产高性能计算与自主高精度数值模式的天气预报能力迈上新台阶。

(本文不涉密)
责任编辑：路沙

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