AP3ESM在全球公里级地球系统模拟“巅峰对决”中彰显中国力量

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崂山实验室  2025年11月25日

科 研 动 态

近日，在国际高性能计算与地球系统模拟领域的巅峰舞台——2025年国际超级计算大会（SC25）上，全球瞩目的ACM戈登·贝尔气候建模奖（ACM Gordon Bell Prize for Climate Modeling）最终揭晓1。在这场被誉为超算领域“皇冠上的明珠”的全球顶级竞赛中，由崂山实验室牵头、联合国内多家单位攻关完成的全球公里级地球系统模式AP3ESM（AI-Powered and Performance-Portable Earth System Model）2，作为五个入围项目之一参与竞争，其自主研发的全球海洋模式LICOM和大气模式GRIST水平分辨率分别达到了0.7公里和1.5公里，在“神威·海洋之光”国产超算上实现了约197模式天/天的运行速度，比获奖的欧洲多个国家联合研发的同等分辨率全球耦合模式ICON（1.25公里）的运算速度快35%，计算规模和速度分别达到和超越了SOTA（State-Of-The-Art，图1），向世界展示了在地球系统模拟这一战略科技高地上的中国实力。

“公里级分辨率”地球系统模拟能以前所未有的精准度解析台风眼壁、海洋中尺度涡、极端对流风暴等过程，对提升气候预测预报的准确性与精细化程度具有革命性意义，是地球系统模拟发展的前沿。公里分辨率对模式算法效率、软件计算性能、系统硬件架构等都构成前所未有的“压力测试”，AP3ESM通过多种计算性能移植和加速技术，包括海洋模式完整实现了基于Kokkos的性能可移植，大气模式实现了人工智能物理参数化结合经典动力框架的“混动模式”，海洋和大气模式均实现了混合精度计算、并行I/O等，有效地实现了公里分辨率模拟并提升了模式运行速度。

AP3ESM 的入围及其卓越表现，意义已超越奖项本身。在国产超算上实现超越获奖模式的运算速度，并非依赖算力的简单堆砌，而是源于模式算法创新、并行计算架构优化、耦合系统级调优以及软硬件融合等方面的长期积累。同时，AP3ESM在模式动力框架、物理过程参数化、国产超算平台的软硬件融合等方面实现了自主创新，构建了先进的核心技术体系。不仅展示了我国在地球系统模拟领域的整体水平，更标志着我国在这一事关全球气候变化应对、国家战略安全与长远发展的关键核心技术上，具备了世界级别的自主研发能力。体系性的技术突破，使我国未来在更先进的计算架构上开展更高分辨率、更高复杂度的地球系统模拟具备了持续演进能力。

AP3ESM的研发将为我国在气候变化国际谈判、气候预报预测、防灾减灾、实现“双碳”目标等重大领域提供坚实有力的科学支撑。能够用自主研发的模式、依托国产超算平台开展世界领先的地球系统模拟，不仅将显著提升我国在全球变化研究中的能力与地位，更对增强我国在全球气候治理中的国际话语权有着重要且深远的战略意义。

AP3ESM团队以扎实的性能与卓越的指标，向世界展示了中国科技工作者正在不断刷新地球系统模拟的精度与速度极限。科学探索无终点，每一次对极限的挑战都是通往下一次突破的基石。可以坚信，随着超算技术、人工智能技术与地球系统模式研发的持续融合，我国在该领域的创新势能不断积累，未来必将实现更多新突破。

图1 耦合模式的计算规模和速度现状（其中红色圆点为AP3ESM结果，浅黄色三角为本次获奖的ICON模式结果）

参考文献
1. https://www.acm.org/media-center ... n-bell-climate-2025
2. Kai Xu, Maoxue Yu, Yuhu Chen, Jie Gao, Shuang Wang, Jiaying Song, Xiaohui Duan, Junlin Wei, Jiangfeng Yu, Hailong Liu, Jinrong Jiang, Yi Zhang, Pengfei Lin, Tianyi Wang, Pengfei Wang, Weipeng Zheng, Jingwei Xie, Jiakang Zhang, Zilu Liu, Xiaoyu Jin, Jilin Wei, Qixin Chang, Qingxia Lin, Yanzhi Zhou, Weiguo Liu, Wei Xue, Yiwen Li, Haohuan Fu, Yue Yu, Xuebin Chi, and Lixin Wu. 2025. Kilometer-Scale AI-Powered and Performance-Portable Earth System Model (AP3ESM) to Achieve Year-Scale Simulation Speed on Heterogeneous Supercomputers. In Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC '25). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 111–124. https://doi.org/10.1145/3712285.3771788