云解析气候模型遇上世界上最快的超级计算机

专注于气候预测的准确性，由桑迪亚国家实验室领导的一个计算团队最近取得了一个重要的里程碑，他们在世界上第一台百亿亿级超级计算机Frontier上运行了一个云解析模型。

“我们已经创建了第一个全球云解析模型，可以在一天内模拟世界一年的气候，”能源百亿亿级地球系统模型或E3SM的首席计算科学家桑迪亚研究员马克泰勒说，E3SM是一个由八个实验室支持的项目能源部科学办公室开发先进的气候模型。“我们正在迎来一个准确的新时代。”

E3SM模型模拟了地球气候系统的关键方面，这些方面可能会在未来几十年影响美国的状况，包括极端温度、干旱、洪水和海平面上升。

云在地球气候系统中发挥着关键作用，影响天气模式和降水。“传统的地球系统模型很难准确地表示云，”泰勒说。“这是因为他们无法模拟大气中导致云形成的小翻转环流，而是依赖于这些过程的复杂近似。”

E3SM小组开发了一种改进的云解析大气模型，名为SCREAM，用于简单云解析E3SM大气模型。“这个下一代计划有可能大大减少当前模型中发现的降水的主要系统误差，”泰勒说，“因为它对对流风暴和导致云形成的大气运动的处理更加现实和明确。”

但新模型本身还不够。几十年来运行解决全球云的模拟需要大量的计算资源才能在合理的时间内运行。一台每秒执行超过quintillion次计算的exascale计算机——也就是数字1后跟18个零——正是所需要的。

Frontier在美国能源部的支持下在橡树岭国家实验室建造，拥有9,000多个计算节点，满足了这一要求。Sandia的E3SM团队致力于确保SCREAM能够在Frontier、其他基于GPU的系统和更传统的基于CPU的超级计算机上良好运行。

Frontier预计将在今年晚些时候成为可投入生产的机器，并且现在才刚刚开始向普通用户开放。通过DOE的百亿亿亿级计算项目，E3SM开发人员有10天的时间来测试以全球3.25公里分辨率运行的新SCREAMv1模型的性能。他们获得了创纪录的性能，大气成分的运行速度超过了模拟年每天的运行速度。

SCREAM的GPU性能与exascale机器相结合，将首次通过更准确的云处理实现多年气候模拟，从而更准确地预测未来的天气和气候。