我国又一科技领域全球领先！国产算力应用爆发

智东西
作者 三北
编辑 漠影

智东西9月15日报道，今日，中国气象局地球系统数值预报中心与中科曙光联合宣布，我国自主研发的下一代天气-气候一体化模式（MCV）达成了里程碑新成果。

此次成果全球首次实现了全球5公里分辨率、未来10天预报在1小时内完成计算，达到业务应用所需的关键时效。相比国际上正式业务运行中的全球预报系统，这一成绩超越此前欧洲中心IFS约9公里的最高水平，领跑欧美日等国际主流同行。

随着成果落地，其有望为气象防灾减灾、交通调度、能源运维、农业生产提供精细化预报，帮助提前规避灾害风险，保障出行安全，优化能源调度等。

而这项世界级科技成果背后，是国产算力的笃定身影。

此次MCV模式依托首个全国产十万卡AI超集群曙光8000，实现高精度科学计算与低精度智能计算的原生一体化融合。国产异构计算平台支撑世界级科学应用，开始从科研验证走向国家级业务系统支撑。

这一成果背后有两个进一步追问：国产算力如何接住复杂气象模式，理论算力又如何变成真实业务时效？本文试图对此进行深入探讨。

一、10天全球预报，1小时算完，国产算力助力气象挺进全球第一梯队

天气预报“算天气”，背后实际上是一场规模巨大的科学计算。

MCV是中国气象局自主研发的下一代全球与区域一体化大气模式。它基于多矩约束有限体积方法，目标覆盖区域百米级、全球公里级，并推动天气与气候一体化。

其基本原理并不神秘，先通过观测和数据同化获得当前大气状态，再利用描述大气运动的物理方程进行数值求解，最终推演未来天气。分辨率越高，能够刻画的天气尺度越精细，但计算代价也会急剧增加。

此次成果的显著指标，是把全球5公里分辨率、未来10天的预报计算压缩到约1小时内，达到了重要业务化时效门槛。

业内人士告诉智东西，这背后至少有四个关键突破：

1、踩中了“十五五”规划全球5公里目标。规划提出全球模式分辨率达到5公里、可用预报时效延长至9天。此次10天预报1小时算完，为这一目标提供了先期验证。

2、对标国际，从跟跑到并跑。欧洲中心IFS系统9公里、美国GFS系统13公里、德国ICON模式系统13公里，这些是正式业务运行中的全球预报系统。中国上一代GRAPES与CMA-GFS全球分辨率约12.5公里。

也有部分研发试验已到1至4公里，例如德国马普所全球1公里、美国NOAA MPAS模式3公里，但尚未能实现业务化。

3、全模式异构移植完成。此次并非只把其中一个计算模块搬到GPU上，而是完成动力、物理、插值等关键部分的异构化改造和代码整合，并通过OpenACC实现“一套代码、两种运行”，既支持国产异构加速器，也保留CPU运行能力。

4、全链路系统级优化。官方数据显示，围绕设备内存管理、通信算法和I/O路径进行多轮优化后，计算资源利用率提升10%，通信模块加速3.7倍，I/O性能提升超过30%。

二、取得全球最高水平，难点在于如何算得对、跑得快、扛得住

正如前文提到，刻画的天气尺度越精细，计算代价也会急剧增加。

全球5公里网格意味着海量计算、通信、存储和数据交换，还要在约1小时内完成未来10天预报。MCV模式包含动力、物理、插值等复杂环节，既要算得对，也要跑得快，还要扛得住规模化稳定运行。

第一道难关是科学计算。高分辨率模式下，动力框架、物理参数化和数据同化相互耦合，任何环节的效率短板都会放大为整体时效压力。相关负责人告诉智东西，全球5公里网格带来的通信和I/O压力，传统CPU集群很难承受，必须让算法、软件和硬件深度协同。

第二道难关是工程迁移。曙光8000要支撑完整气象模式完成GPU全模式异构并行移植。

验证环节采用“单元测试、全模式联调、校验和比对、10天预报绘图验证”的闭环体系，确保精度一致、结果可靠。其中二进制结果一致性核验是行业最严苛标准，要求CPU与GPU计算结果完全一致，极大提升了移植难度，最终保障预报精度零偏差、结果完全可靠。

而从产业发展阶段来说，把理论算力变成业务时效也值得关注。曙光8000上线仅一个多月便支撑MCV取得世界级应用成果，证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。

此次合作中，曙光8000搭载的国产GPU承担了核心加速任务。团队针对硬件特点进行了内核优化、显存池技术以及GPU卡间通信优化，让模式能够在国产异构平台上稳定高效运行。

曙光CPU+GPU异构与超智融合，让高精度科学计算与低精度智能计算在同一套系统中协同。不同计算资源处理适合的任务，为气象模式继续冲击3公里、1公里、区域百米级，以及气象AI、物理与数据双驱研究提供条件。

目前，双方团队已完成全球3公里分辨率模拟试验，验证了国产异构算力的扩展空间。

三、不止气象：异构计算正成为AI4S关键底座

不止气象，很多领域都需要异构计算能力实现突破。

面向科学智能研究，曙光8000采用超智融合开放计算架构，兼顾高精度数值模拟与AI训练推理，为科研团队开展“模拟＋智能”研究提供计算基础。

目前，系统已适配近200项行业应用和500余个主流大模型，覆盖30多个科研及产业领域，已支撑蛋白质折叠模拟、万亿原子级水分子动力学模拟、超大规模湍流模拟等科学智能应用等科研任务，驱动AI4S（科学智能）从“试错”走向“预测”。

此前7月，中科曙光联合龙讯旷腾、苏州实验室及樊哲勇教授团队，依托曙光8000与MatPL机器学习力场软件，在全球范围内首次实现具有量子力学精度的“万亿原子”分子动力学模拟。对比国际同类技术方案，本次仿真运算速度领先全球顶尖成果100倍，较往届戈登贝尔奖获奖方案提速千倍，一举刷新多尺度模拟世界纪录。

异构计算能力正在成为AI4S的关键基础。科学计算能力与AI方法相协同，让模拟、训练、推理和工业仿真在同一基础设施中运行，也让科研团队能够把更多精力放在科学问题上。

结语：国产算力上大分，AI4S时代更有底

全球5公里、10天预报、1小时算完，MCV与曙光8000的协同成果，让中国气象数值预报在自主可控道路上迈出坚实一步。

从正式业务运行系统看，5公里已经站上全球最高水平；从研发竞争看，1至4公里试验正在推进，竞赛远未结束。

国产算力已经证明，它能接住世界级科学应用，也能把理论算力转化为真实业务时效。面向AI4S时代，这种系统级能力会越来越重要。国产算力上大分，前沿探索就更有底。