杨超：让中国登上“超算之巅”

文/本刊记者 许 茜

杨超：让中国登上“超算之巅”

文/本刊记者 许 茜

“Ten Million……”

评委刚念出“Ten”，杨超“噌”就站了起来。从座位到领奖台，他不知道自己是怎么“移动”过去的，也听不清那些“Congratulation”（祝贺）从哪里来。当地时间2016年11月17日，美国盐湖城，有高性能计算“诺奖”之称的“戈登·贝尔”奖迎来了首个中国面孔。

闪光灯晃个不停，37岁的杨超手捧证书，整个人有点懵，心里嘀咕：真的获奖了……

“团长”变“旅长”

获奖项目“千万核可扩展大气动力学全隐式模拟”（Ten Million-Core Scalable Fully-Implicit Solver for Nonhydrostatic Atmospheric Dynamics），如投入使用，理论上可大幅提升天气预报的计算精度和运算速度。

杨超眼中，“隐式”是得奖的“功臣”。“隐式”是隐式求解器的简称，而“求解器”就像高性能计算的“发动机”，让程序“高速运转”。杨超是研制“发动机”的工程师，也是这次获奖团队的“头头”。

求解器分两种，一种是显式，一种是隐式。“显式是小步快跑，像小风扇，结构简单；隐式则是大步、稳健地跑，像马达，但结构复杂、操作难度大。”杨超对记者说。

由于公认的技术难关，学界一度并不看好隐式在新型超级计算机下的发展，“用它的人很少”；相比之下，显式则更受同行青睐。但早在读博时，杨超便看准了隐式的潜力，“它更具优势”。

作为软件的求解器，其本身无法展示效果，要结合具体领域的应用。恰如“发动机”只有安装在“汽车”上才能一显身手，而杨超偏选了辆难开的“车”——大气动力学，把求解器运用在大气动力学方程计算中。大气是业内公认的“硬骨头”，可杨超觉得“要做就做有挑战的。”

博士毕业后，杨超开始了在大气应用领域的求解器研究。可要想软件唱戏，还得有硬件搭台。今年的获奖项目是搭载在千万核的硬件环境中，可十年前国内的硬件水平还很有限（“核”就是CPU的计算核心）。

“‘核’就相当于一个兵，带领一千万人的超级计算部队，那是什么感觉？就像一个将军在带兵打仗。”而彼时的杨超只是个“团长”，测试环境仅有几千核。“天河一号”的问世，让“团长”变“旅长”，杨超做到了整机8万核CPU模拟。“天河一号”发布前3天，经导师孙家昶介绍，杨超带着研究了3年的应用软件去往天津。程序在“天河一号”运行的那一刻，8万核的惊人速度，杨超感叹“达到了顶峰”。

首次冲奖 只为理想而战

很快，这次测试引起了业内的关注，纷纷请杨超去作报告，其中就有清华大学计算机系副教授薛巍。杨超受邀去清华园，当他展示出8万核的计算结果时，有人说了句“这个应该冲击戈登·贝尔！”

“戈登·贝尔”奖是杨超心中的梦，很美，却“遥不可及”。所以，当时杨超“只当是同行开个玩笑”。

几个月后，薛巍借鉴杨超8万核CPU模拟中的关键方法，将其用在气象应用“GRAPES”上，效果很理想。看到应用如此顺畅，杨超心动了。“一辈子可以搏的事情不多，但戈登·贝尔算是一个。哪怕失败了，曾经为此努力过就够了。”

“天河一号”是由7168颗CPU和7168块GPU（图像处理器）组成，而首次尝试时杨超只用满了CPU，GPU完全没有用上。怎么能把GPU用起来？这成了“冲奖”的一道坎。

为了解决这一难题，薛巍引荐了一位GPU专家——当时清华大学地球系统科学研究中心副教授付昊桓。2011年底“冲奖突击队”正式成立，此时距离交稿只有不到半年。“一般冲奖最少也要三年，这几乎是一项不可能完成的任务”。

赶在截止日期前，熬了几个通宵的“突击队”，提交了论文。饥肠辘辘的三人来到一家拉面馆，累得已经吃不动了；盯着面发呆，记不得是谁说了句“再也不干了！”

找到“最后一枚碎片”

几个月后，入围名单公布，并没有“突击队”，中国超算颗粒无收。

“不干了”只是气话，“戈登·贝尔”情结深埋杨超心头，并开始生根发芽，直至枝繁叶茂。

之后的几年，团队密切跟踪国内顶级高性能计算机的研发趋势，先后在“天河一号”“天河二号”“神威·太湖之光”上进行关键技术研发和测试。“只要有机器可用，就想方设法第一时间进行操练。就像蜜蜂闻到了蜂蜜，一下子就扑上去。”

另一方面，杨超不断调试隐式求解器，却一直找不到“发动机”的一个零件，无法超越显式。当时，随着各类新型超级计算机的发展，显式求解器在学界出尽风头，隐式则鲜有问津。难道真是无解吗？

直到2015年11月，受国外一篇论文的启发，杨超找到了那个关键“零件”，随即联系其他成员，“我们拼图的最后一枚碎片找到了！”——拉开了二战“戈登·贝尔”的序幕。

然而，找到“零件”只是开始。怎么装进去、是否适用、能否顺畅运行……一连串的问题都等着杨超去解答，“每一步都异常艰辛”。

那段时间，杨超常常工作到深夜，饭馆、食堂都关了，饿了就去中科院旁的快餐厅。“我知道，北京晚上三点的肯德基、麦当劳是什么样。”

直到交稿前一周，终于完成了“零件”调试和优化工作。时隔4年，2016年4月杨超再次提交了参赛论文。

与上一次冲奖相比，这次“冲奖小组”更有底气，也得到多方的支持，但杨超依旧忐忑。“戈登·贝尔奖设立近30年，中国团队连入围都没有过，评委来自美国、日本，他们会认可中国人吗？”杨超没底。

而更令他担心的是，高性能计算技术迭代之快，倘若本次冲奖失利，目前的方法或迅速就被其他团队学习或赶超。到那时，多年的心血将付之东流。

“打光了枪里的每发子弹”

6月的一天，杨超的手机被打爆了——“有两组中国团队入围了，咱们呢？”他连忙查邮件，笑容洋溢在他的脸上。

来不及庆祝，一项更艰巨的任务等着他们——优化求解器。入围邮件写明，要在8月10日前提交终稿。4月份上交的隐式求解器性能已超过显式不少，但是却未能充分体现隐式的优越性。于是，杨超领队再次挥师南下，在国家超算无锡中心，把程序里里外外修改、调试了一遍，“几乎重写了一篇论文”。最终，把隐式求解器的性能提升了4倍，达到同等显式的89.5倍。

“这么短的时间，论文能有如此改进，超出想象！”评奖委员会副主席松岗聪教授如是评价。

万事俱备，只差最后一枪。美国时间11月17日上午，在2016全球超级计算大会上，杨超走上台，鞠躬，点开第一页PPT，开始了“豪情万丈”的成果演示。

学术汇报多以低调、沉稳风格为常，但这次杨超一反常态，把极致灌注在PPT的字里行间。他不想留遗憾，“要让世界看到中国超算的风采”。结束演讲，他说“我打光枪里的每发子弹”。

下台后，评奖委员会主席苏博哈什·塞尼博士握住杨超的手，说“Well done！”（做得很棒）

“这只是开始。”杨超指着奖状对记者说。他说的是中国超算，更是自己——一颗颗子弹又开始上膛待发。