简述

面对气候环境的变化和自然灾害的频发,“地球系统数值模拟装置”可以从系统的角度来进行地球各圈层自身的演化规律及其它们之间的相互作用规律的研究。2009年,在中科院大气所叶笃正等六位中科院院士的联名建议下,国家发改委在《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012-2030年)》中将“地球系统数值模拟装置”纳入了“十二五”大科学装置建设规划。
2015年,由中科院大气物理研究所牵头,联合曙光公司、中科院计算技术研究所、中科院计算机网络信息中心,共同启动了“地球系统数值模拟装置”预研及原型系统建设。

建设意义

  • 减灾防害、控治灰霾,促进人类与自然可持续发展
  • 提升我国气候外交实力和环境话语权,抵御西方国家数据挟
  • 制;
  • 提升我国在地球科学领域的协同创新与科研能力;
  • 大数据驱动型的科研创新模式,以科技创新服务经济社会发
  • 展,推动各个行业创新。

应用领域

专用领域:

地球系统科学数值的模拟,如:大气科学、地质学、环境污染预报、降水预报、海洋生产力预报、植被分布演变等。

通用领域:

系统兼具高通用性, 可为国防、经济、交通、教育、农业、水利、海洋、气象、地质等行业提供有力的计算服务。

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院士专家怎么看

曾庆存(中科院大气物理所院士):

我们国家非常重视环境,并进行了大量的环境规划,包括生态的规划、对自然灾害的控制等等。在气候变化研究领域,有两个最主要的方法,一是依靠长期的资料积累进行研究和推测,而这个资料主要是在国外,所以我们没有发言权。第二是要有理论的模型,不是简单的推断。而没有大规模的超级计算和模拟是无法进行的,所以地球模拟数值装置是为我们的持续发展提供基础。

李国杰(中国工程院院士):

国外在做气候模拟方面多是采用专用的技术。美国气象中心规模只有1P左右,但是存储能量有110个PB,效率有80%多。日本的地球模拟器是专门做气候模拟的,效率达到93%。但是这台装置虽然计算速度和容量当时是世界第一,现在已经比较落后了。德国也有类似的装置。但无论哪个国家,100T以上的,都是有这种比较专门为气候服务的计算机。中国的这台地球数据模拟装置研发则可以满足我国在专业模拟计算领域的需求。

丁一汇(中国气象局院士):

地球数值模拟装置落成后可发挥其强大的计算性能,我们只需要专心的做业务即可,从几小时的天气,到几年的、十几年的气候模式,我们都可以推演预测,可以更好的老百姓服务。

石耀霖(中科院研究生院院士):

未来,我们希望做的地球系统不光是大气、气候研究,还包括水圈、冰雪圈、固体地球、生物圈,还有人类,相互耦合,有机联系在一起,形成完整的地球系统。同时,未来该装置的时间模拟也会延长,可能拓展到千年、万年,形成完整的地球模拟。

吕达仁(中科院大气物理所院士):

在过去,中国在全球的探测系统相对薄弱。但地球数值模拟装置问世,于中国而言是一个突破。我们有可能跟世界上其他比我们更先进、更强的,在某种意义上平起平坐的,所以意义还是很重大的。

石广玉(中科院大气物理所院士):

地球数值模拟装置的研发很重要,地球气候系统需要一个高性能的计算机。

袁国兴(北京应用物理与计算数学研究所研究员):

地球数值模拟装置对全世界、全人类,都是有贡献的。改善气候、控制污染,每一个人都将得益。地球数值模拟装置的研发对中国的另一个重大意义是增强国力,提高国际话题权。

张云泉(中科院计算所研究员,中国计算机学会高性能计算专业委员会秘书长):

这套系统的重大意义在于两部分,一部分是很多体系结构的验证,证明技术的可行性,这很重要;另一部分是软件研发模式改进,地球系统模式1.0版本主要都是由中国人来研发和改进的,而且很多软件和算法、模式都可以做实验了,因此这套原型系统的落成才可以称为具有里程碑式的意义。

胡永云(北京大学教授):

地球数值模拟装置的成功应用,将对气候预测、气候模拟起到重要作用,这个作用是国家层面、战略层面的。

技术优势

综合优势:高性能计算机硬件、地球数值模拟应用软件、并行软件支撑框架、可视化系统等多个部分紧密耦合,可以高度满足对地球系统的仿真研究。
“系统模式”技术先进性:

中科院地球系统模式是我国第一个完整的,真正具有独立知识产权的地球系统模式,具有应用性强、精细度高的特点,在国内具有领先优势。
中科院地球系统模式1.0版本包含完整的气候系统和生态环境系统分量,主要包括大气、海洋、海冰、陆面水文、大气化学和气溶胶、动力学植被、海洋生物地球化学等子系统模式或分量模块,并可以实现它们之间的完整耦合,便于科研人员进行多学科协同研究。

“系统硬件”技术先进性

装置采用曙光最新的硅立方系列高性能计算机,在体系结构、计算密度、存储架构、能效比等各方面均处于国内领先地位。
· 先进的3D-Torus互连架构具有极佳的通信性能和扩展性;
· 高密度的计算和存储系统、系统分区和协同设计,既能最大化匹配地球科学的应用模式,也能兼顾通用计算需求。
· 液冷散热制冷技术可以大幅度降低系统PUE,提高能效比,降低噪音,提升空间利用率和计算性能。

部分应用模式