1、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)信息技術(shù)領(lǐng)域“地球系統(tǒng)模式中的高效并行算法研究與并行耦合器研制”重點項目申請指南一、指南說明依據(jù)國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）、國家“十一五”科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）“十一五”發(fā)展綱要和中國應(yīng)對氣候變化國家方案，863計劃信息技術(shù)領(lǐng)域圍繞國家應(yīng)對全球變化的需求，設(shè)立了“地球系統(tǒng)模式中的高效并行算法研究與并行耦合器研制”重點項目。地球系統(tǒng)模式是研究全球變化成因和機理、預(yù)估未來演變趨勢的重要工具，是耦合大氣、海洋、海冰和陸地表面等地球系統(tǒng)分量、定量研究它們之間繁復(fù)非線性相互作用的一種大型綜合軟件。地球系統(tǒng)模

2、式的水平已經(jīng)成為衡量一個國家綜合科技實力的重要標志之一，也是全球變化研究最核心的內(nèi)容之一。高性能并行算法與耦合技術(shù)是地球系統(tǒng)模式的重要技術(shù)支撐，目前我國缺乏地球系統(tǒng)模式并行應(yīng)用框架和高性能耦合器的自主研發(fā)能力，嚴重制約著地球系統(tǒng)模式的發(fā)展。本項目將針對地球系統(tǒng)模式研發(fā)中的關(guān)鍵支撐技術(shù)，研究適用于地球系統(tǒng)模式的高性能并行應(yīng)用框架和二維模塊化并行耦合器，以提升我國地球系統(tǒng)模式的高性能計算水平和全球變化研究的核心競爭力。本項目注重產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，鼓勵國內(nèi)優(yōu)勢單位聯(lián)合承擔(dān)。二、指南內(nèi)容1項目名稱地球系統(tǒng)模式中的高效并行算法研究與并行耦合器研制2項目總體目標根據(jù)我國地球系統(tǒng)模式發(fā)展對高性能科學(xué)計算的迫切需

3、求，研究地球系統(tǒng)模式的高效并行算法并形成并行應(yīng)用框架，建立具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的模塊化并行耦合器，并將創(chuàng)新的高性能算法和軟件實現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用于物理氣候系統(tǒng)模式的開發(fā)中，大幅降低模式研制難度，顯著縮短模式開發(fā)周期，為實現(xiàn)地球系統(tǒng)各分量模式之間的高效耦合和高分辨率模擬（全球30-100km分辨率）提供先進的技術(shù)支撐，為全球變化研究提供有效的模擬手段和高性能技術(shù)平臺。3項目主要研究內(nèi)容（1）并行算法、性能優(yōu)化方法及軟件實現(xiàn)技術(shù)研究多尺度嵌套和網(wǎng)格局部加密的并行自適應(yīng)算法，高效并行迭代算法和并行代數(shù)多重網(wǎng)格（PAMG）與區(qū)域分解預(yù)條件子，高維快速富氏變換（FFT）的高效并行算法，以及高效、快速的偏微分方程

4、組解法器；研究適應(yīng)數(shù)千核的負載平衡方法，低開銷并行算法，自適應(yīng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成、管理與操作算法，以及動態(tài)內(nèi)存管理算法、并行I/O算法、重啟動算法等，設(shè)計適應(yīng)現(xiàn)代微處理器多級存儲和指令流水以及數(shù)千核并行計算的高效數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；研究適應(yīng)微處理器的浮點計算性能優(yōu)化方法，包括數(shù)據(jù)分塊、向量化、重用變量、減少分支判斷等，以及消息傳遞與共享存儲、通用微處理器與專用加速部件相結(jié)合的并行編程方法。（2）適用于地球系統(tǒng)模式的并行自適應(yīng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格應(yīng)用框架研究層次化、模塊化軟件體系結(jié)構(gòu)，提出三層體系結(jié)構(gòu)，明確每層包含的具體內(nèi)容，定義層與層之間、模塊與模塊之間的接口；研究面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，提出適用于數(shù)值計算方法的共性與個

5、性分離方法：共性以軟件模塊的形式集成到框架，個性以策略類的形式交給模式發(fā)展專家；研究面向?qū)嶋H應(yīng)用的頂層接口抽象類，它們既可以屏蔽并行編程又可以支持模式專家串行編程來實現(xiàn)物理過程和動力系統(tǒng)框架的自動并行。（3）具有二維耦合功能的高效并行耦合器基于不同結(jié)構(gòu)網(wǎng)格之間的物理量插值算法和區(qū)域剖分并行算法，利用并行應(yīng)用框架，研制結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的多圈層模塊化并行耦合器，具備二維耦合功能，能夠并行耦合大氣環(huán)流模式和大洋環(huán)流模式，為未來研發(fā)性能更加完善的三維模塊化并行耦合器奠定基礎(chǔ)。（4）模塊化并行的耦合氣候系統(tǒng)模式及其典型應(yīng)用研究研究高精度插值算法及相關(guān)軟件模塊，包括結(jié)構(gòu)網(wǎng)格插值算法和相關(guān)軟件，極區(qū)插值方法和軟件模

6、塊，海洋海冰之間異網(wǎng)格插值算法，分量模式之間的直接通信技術(shù)，以及改進的通量計算方法。在充分繼承、集成和發(fā)展的基礎(chǔ)上，采用研制的并行應(yīng)用框架，研發(fā)可以高效使用上千核的模塊化大氣環(huán)流并行模式和大洋環(huán)流并行模式，并實現(xiàn)它們之間的高效二維并行耦合，形成可以高效使用上千核的物理氣候系統(tǒng)并行模式。分別應(yīng)用單獨大氣環(huán)流并行模式和物理氣候系統(tǒng)模式，在百萬億次計算機上開展高分辨率數(shù)值模擬，參與IPCC AR5的年代際預(yù)測試驗。4項目主要考核指標（1）局部網(wǎng)格的自適應(yīng)加密并行算法支持大氣模式的局部自適應(yīng)加密，能夠使用上1000個處理器核，同時并行效率不低于30% 在關(guān)鍵區(qū)域局部自適應(yīng)加密的大氣模式在該區(qū)域的模擬精

7、度與全球加密相當(dāng)，而其網(wǎng)格規(guī)模比全球加密降低1?2個量級，從而實現(xiàn)在不降低關(guān)鍵區(qū)域模擬精度的前提下節(jié)省80%以上的計算時間；性能優(yōu)化使得若干數(shù)值軟件模塊的浮點計算效率比當(dāng)前提高1倍。（2）高性能并行應(yīng)用框架支持大氣模式和大洋模式進行自動二維并行分區(qū)，以保障并行計算的負載平衡，并具有局部自適應(yīng)加密功能；允許大氣環(huán)流模式和大洋環(huán)流模式植入，并使它們能使用上1000處理器核，同時并行效率不低于30%；支持大氣模式提高網(wǎng)格分辨率3-5倍，即從目前的2.8°提高到1.0°至0.3°，網(wǎng)格規(guī)模提升12個量級，即從目前的100000量級提高到1000000至10000000量級

8、。（3）模塊化并行耦合器自主研制，而不是從國外引進后進行改進，并在技術(shù)上實現(xiàn)耦合器自身運行的并行化和編程的模塊化，使我國的耦合器技術(shù)實現(xiàn)從無到有的突破；允許大氣環(huán)流模式和大洋環(huán)流模式的二維邊界耦合，支持耦合后的氣候系統(tǒng)模式能夠使用上1000個處理器核，同時并行效率不低于30%（4）大氣環(huán)流并行模式和海洋環(huán)流并行模式采用我國自己設(shè)計的模式動力框架，不得使用從國外引進的任何框架；大氣模式水平分辨率為0.3°2.8°；垂直分辨率為26-50層；海洋水平分辨率為0.3°1.0°；垂直分辨率為30-50層；采用并行應(yīng)用框架進行自動二維并行分區(qū)。（5）氣候系統(tǒng)模式氣

9、候系統(tǒng)模式由大氣環(huán)流模式、陸面過程模式、大洋環(huán)流模式、海冰模式，其中陸面過程模式和海冰模式的水平分辨率分別與大氣環(huán)流模式和大洋環(huán)流模式一致；大氣環(huán)流模式和海洋分量模式要求采用本項目發(fā)展的，不得引入其他模式；陸面過程模式和海冰模式可以采用引進的方式。（6）政府間氣候變化委員會（IPCC ）第五次評估報告（AR5）的氣候變化模擬實驗?zāi)M實驗須采用本項目發(fā)展的模式，不得使用從國外引進或引進后改進的模式；實驗種類包括20世紀氣候變化模擬實驗，二氧化碳加倍實驗，未來100年情景預(yù)估實驗，年代際預(yù)測實驗；對于100年或以上的模擬計算，氣候系統(tǒng)模式可采用中等分辨率（2.8°），對于年代際預(yù)測，要求

10、采用高分辨率模式（0.5°1°）；20世紀氣候變化模擬實驗主要用來檢驗氣候系統(tǒng)模式的基本性能，模擬的20世紀全球平均表面溫度100年變化與觀測數(shù)據(jù)的距平相關(guān)系數(shù)應(yīng)達到0.7以上；參加國際大氣模式比較計劃和耦合模式比較計劃，代表中國向IPCC AR5提交氣候變化模擬結(jié)果。5項目成果形式（1）一個適用于大氣環(huán)流模式和大洋環(huán)流模式的并行應(yīng)用框架； （2）一個適用于大氣環(huán)流模式和大洋環(huán)流模式高效二維耦合的并行耦合器； （3）基于并行應(yīng)用框架的大氣環(huán)流并行模式和大洋環(huán)流并行模式，以及基于耦合器的物理氣候系統(tǒng)并行模式； （4）典型應(yīng)用示范：IPCC AR5氣候變化模擬實驗結(jié)果； （5）

11、發(fā)表學(xué)術(shù)論文。6項目研究期限項目簽訂合同日至2012年12月30日。7項目經(jīng)費來源及構(gòu)成項目支持專項經(jīng)費3500萬元。三、注意事項1.項目申請必須針對項目的總體目標和整體任務(wù)進行，針對部分研究內(nèi)容的申請將視為無效申請。申請者應(yīng)根據(jù)本項目申請指南提出的名稱、研究目標、主要研究內(nèi)容、主要考核指標等要求，編寫國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）重點項目申請書。項目申請要提出項目分解方案（包括任務(wù)分解和經(jīng)費預(yù)算分解），并提出項目課題設(shè)置及承擔(dān)單位建議（分解的課題數(shù)原則上不超過10個）。2.在項目申請的同時，需編制經(jīng)費預(yù)算。預(yù)算編制應(yīng)在專項經(jīng)費控制額范圍內(nèi)，結(jié)合研究任務(wù)的實際需要，堅持目標相關(guān)性、政策相

12、符性和經(jīng)濟合理性原則。項目申請單位財務(wù)部門會同申請負責(zé)人共同編制經(jīng)費預(yù)算，并對預(yù)算編制的真實性負責(zé)。在編制經(jīng)費預(yù)算之前，項目申請單位及申請負責(zé)人應(yīng)認真學(xué)習(xí)國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）專項經(jīng)費管理辦法及相關(guān)制度規(guī)定。 3.項目只能由法人提出申請，可以由一家單位申請，也可以由多家單位聯(lián)合申請。本項目申請只能有一家牽頭申請單位和一個申請負責(zé)人，分別對應(yīng)于項目批準后的項目牽頭單位和項目召集人。項目申請負責(zé)人由項目牽頭申請單位指定。聯(lián)合申請單位不超過10家。鼓勵科研院所、高等院校、企業(yè)以產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的方式聯(lián)合申請，項目申請團隊中應(yīng)有從事該項目相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品的生產(chǎn)、研發(fā)單位。4.項目申請單位應(yīng)符合的基

13、本條件：在中華人民共和國境內(nèi)登記注冊一年以上、過去兩年內(nèi)在申請和承擔(dān)國家科技計劃項目中沒有不良信用記錄的企事業(yè)法人單位，包括：大學(xué)、科研機構(gòu)等事業(yè)法人；中方控股的企業(yè)法人。5.項目牽頭申請單位應(yīng)符合的基本條件：滿足項目申請單位的基本條件，具有承擔(dān)項目原型產(chǎn)品或關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)等主要任務(wù)的能力和條件，在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域具有一定實力和影響力，具有較強的組織和協(xié)調(diào)能力。6.項目課題負責(zé)人應(yīng)符合的基本條件：（1）具有中華人民共和國國籍；（2）年齡在55歲（含）以下（按指南發(fā)布之日計算）；（3）具有高級職稱或已獲得博士學(xué)位；（4）每年（含跨年度連續(xù)）離職或出國的時間不超過6個月；（5）過去三年內(nèi)在申請和承擔(dān)國家

14、科技計劃項目中沒有不良信用記錄。7.項目申請負責(zé)人應(yīng)符合的基本條件：（1）具備項目課題負責(zé)人的基本條件；（2）在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域具有一定知名度，具有很強的責(zé)任心和較豐富的實際工作經(jīng)驗，組織管理和協(xié)調(diào)能力強；（3）能夠集思廣益，善于聽取各方面意見，公正公平，合作共事。8.具備以下條件的港澳臺和海外華人科技人員可作為項目課題負責(zé)人：（1）對于港澳臺的科技人員，在滿足上述（第6條）2-5項條件的情況下，只要有正式的合作協(xié)議或受聘于課題依托單位，合作期或聘任期覆蓋課題的執(zhí)行期，且每年在課題依托單位工作時間不少于6個月的，并由課題依托單位出具相關(guān)證明材料。（2）對于海外華人科技人員，包括取得外國國籍和永久居

15、留權(quán)的，在滿足上述（第6條）2-5項條件的情況下，只要正式受聘于課題依托單位，且聘任期覆蓋課題的執(zhí)行期，每年在課題依托單位工作時間不少于6個月的，并由課題依托單位出具相關(guān)證明材料。9.項目課題負責(zé)人及主要參加人員不得違反以下限項申請的規(guī)定：為保證科研人員能夠高質(zhì)量地開展研究工作，國家科技計劃實行限制申請及承擔(dān)課題數(shù)量規(guī)定。每人同期只能主持一項國家主要科技計劃（包括863計劃、973計劃、支撐計劃）課題，作為主要參加人員同期參與承擔(dān)的國家主要科技計劃課題數(shù)（含負責(zé)主持的課題數(shù)）不得超過兩項。申請者應(yīng)按照上述要求進行申請，且在同一批發(fā)布的申請指南中只能申請一項863計劃課題或項目。科技部及所屬事業(yè)

16、單位借調(diào)的與863計劃相關(guān)的人員不能申請或參加申請。10.申請者提出的國撥經(jīng)費申請不得高于項目申請指南規(guī)定的國撥經(jīng)費控制額，并應(yīng)按照項目申請指南的要求提供相應(yīng)的配套經(jīng)費，否則不予受理。11.申請者要遵守科學(xué)道德，以嚴謹?shù)目茖W(xué)作風(fēng)和實事求是的科學(xué)精神填寫項目申請書，保證項目申請書的真實性，避免出現(xiàn)夸大和不準確的內(nèi)容。同時，不得將研究內(nèi)容相同或者近似的項目進行重復(fù)申請。863計劃對申請者在申報過程中進行信用記錄，對于故意在項目申請中提供虛假資料、信息的，一經(jīng)查實，記入信用檔案，并對單位在兩年內(nèi)取消其申報863計劃資格、對個人在三年內(nèi)取消其申報863計劃資格。12.申報程序和要求： 項目申請采取網(wǎng)上集中申報，申報通過“國家科技計劃項目申報中心”進行，網(wǎng)址為。網(wǎng)上申報后要求報送1式20份紙質(zhì)申請書，要求簽字蓋章，其中至少2份原件。申請材料統(tǒng)一用A4紙打印或復(fù)印，左側(cè)裝訂成冊。請直接用申請書首頁作為封面，不得采用膠圈、文件夾等帶有突出棱邊的裝訂方式。 13.其它有關(guān)申請的程序、要