本項目設計并開發了一種用于大氣動力學中經常出現的強時間依賴問題的高可擴展性全隱式求解器。該求解器使用異構多重網格局部分解算法，顯著地加快了求解器的收斂過程，并利用了粗粒度并行。此外，設計了在物理上的多塊異步不完全LU 分解方法來解決每個重看子域上的子問題，從而進一步取得粗粒度并發。同時,在不同硬件層級上實現了系統層面上的優化,充分利用了異構計算單元,從本質上減少了數據移動的開銷。基于“神威?太湖之光”超級計算機，求解器實現了快速且準確的大氣模擬，分辨率達公里級，整機持續計算性能為7.95PFlopS。

該應用已獲得2016 年“戈登?貝爾”獎。

本項目基于“神威?太湖之光”超級計算機的強大計算能力,成功設計實現了高可擴展性的非線性地震模擬工具，該工具充分發揮國產處理器在存儲、計算、通信資源等方面的優勢。研究團隊選取了唐山大地震震源附近達320公里X 312公里X40公里的空間區域以0.001秒為時間單位，精確模擬了該區域在地震發生后 150秒內的地質變化，分辨率可達到8米，頻率可達到 18 赫茲。分辨率越高、頻率越高，對地震模擬刻畫越精確，能模擬地震的震級越大，而頻率越高，則對高頻信息的刻畫越準確。這也是國際上首次實現如此大規模下的高分辨率、高頻率的非線性塑性地震模擬。

該工具首次實現了對唐山大地(M7.2,1976)發生過程的高分辨率精確模擬，使得科學家可以更好的理解唐山大地震所造成的影響，并對未來的地震災害救援演習、預防預測等研究具有重要的借鑒意義。

研究團隊基于新一代神威超級計算機，研發了量子計算模擬器 SWQSIM，提出近似最優的張量網絡并行切分和收縮方法及混合精度算法，可高效擴展至數千萬核并行規模,并提供每秒 4.4 百億億次的持續計算性能，與“懸鈴木”200 秒完成 0.2% 保真度的百萬采樣任務相比較，“頂點”需要一萬年完成同等復雜度的模擬 ，SWQSIM 則可在 304 秒以內得到百萬更高保真度的關聯樣本，在一星期內得到同樣數量的無關聯樣本，打破其所宣稱的“量子霸權”。

神工坊團隊開創性地在“神威?太湖之光”超級計算機上基于swOpenFoam完成發動機整機模擬。目標發動機由2個軸、2級風扇、10級壓氣機、一個短環形燃燒室，和7級渦輪組成。網格總量在業界首次達到50億，并行規模達到65336個MPI進程，強擴展性測試中66560核相對8320核并行效率保持在80%以上。在“神威?太湖之光”上投入的總核數為400萬核。

本次仿真應用實現了高保真模擬，設計人員可以捕捉部件相互作用造成的復雜現象，并在設計的中后期階段對航空發動機的性能進行合理準確的預測，從而縮短發動機研發周期、降低研發成本。在第18屆中國CAE工程分析技術年會暨第4屆中國數字仿真論壇上，本次應用斬獲2022數字仿真科技獎“卓越應用獎”。

為應對現代超級計算機存儲子系統的復雜結構帶來的冗長I/O 路徑、資源競爭、應用性能低下等問題，國家超級計算無錫中心自主研發了I/O性能監控與分析診斷系統(簡稱Beacon)。Beacon 通過輕量級高可擴展的采集架構采集超級計算機的全機全路徑的信息，運用大數據分析、機器學習等方法，實現了實時定位超級計算機的熱點問題如：應用間沖突干擾、系統降級、系統配置錯誤等，并提出了多種解決方案。

目前,該系統已應用到了曙光“派”集群、“神威?太湖之光”和神威新一代超級計算機上，為用戶和管理員監測應用和系統I/O性能、解決I/O問題熱點帶來了諸多便利,幫助解決了上百個問題,服務了數百個應用,累計節省了數億核時。

針對當前氣候氣象數值模式參數調優計算開銷大、尋優方法不全面、操作流程復雜等問題，國家超級計算無錫中心自主研發了集參數采樣、參數分析、參數篩選、參數尋優為一體化的參數自動優化軟件。從敏感性分析、參數降維、參數和方案優化、集合設計和計算機支撐等多個維度進行綜合的功能設計和開發，幫助模式開發者和用戶深入理解模式性能和有效開展針對性的模式性能調優。目前已在多種常用氣候氣象模式中進行了參數優化的應用，實現了高效自動化參數優化流程的同時，也顯著提升了模式模擬能力,能夠幫助用戶大大減少計算成本，同時得到更好的模式模擬精度。

國家超級計算無錫中心承擔了國家氣候中心區域精細化氣候預測業務系統的建設，對我國短期氣候預測服務提供支持，并對外提供和發布氣候預測相關產品和數據，該系統充分運用先進的設計和開發理念，采用跨領域共同設計的方式，融合高性能計算、數值模擬和平臺設計等專業技術,成功搭建了一套區域精細化氣候預測業務系統,填補了區域氣候模式動力降尺度技術在我國氣候預測業務應用的空白。 

目前，該系統已形成穩定的區域氣候模式逐月滾動集合氣候預測體系，業務預測精度逐年提升，數據產品連續多年參與汛期氣候預測會商，多次在會商中取得良好成績，尤其是在 2020 年汛期降水預測中，預測系統輸出結果的 PS 評分高達 81分，位列歷史客觀預測評分前列，取得了良好應用效果。

藥物性能不僅取決于藥效，而是依賴于藥效和毒副作用等指標的平衡。目前，評估化合物與特定受體結合能力的研究手段比較完善，但是充分評估藥物分子與各種蛋白質的結合能力還面臨很大的困難。在毒副作用研究方面尚未具備理性設計能力，只能通過昂貴的動物實驗進行評估。在投資巨大的臨床研究階段，大批候選藥物因為毒副作用而退出臨床，帶來巨額損失。評估藥物與數千個受體的結合能力，目前無法通過實驗研究實現。分子對接(DOCK) 是研究小分子與蛋白質相互作用的常用工具之一，被廣泛用于快速評估小分子與受體的結合能力。

本項目設計了兼容UCSF  DOCK3格式輸入的自研分子對接軟件SWDOCK。支持神威?太湖之光和新一代神威超級計算機。在測試中可以達到平均每個受體在單核組上0.0075s的對接速度。并且具有良好的并行擴展性。

分子動力學模擬是人類認識和了解微觀世界的重要工具之一，是目前觀測微觀體系隨時間演進的主要手段，在生命科學和材料學中有廣泛的應用。

生命科學

bio-ESMD（biological Exa-Scale Molecular Dynamics）是一款針對神威系列處理器開發的分子動力學模擬軟件。其前身是基于神威?太湖之光的分子動力學性能測試實現ESMD。與常見的分子動力學模擬軟件不同，ESMD和bio-ESMD都使用了完全的格點索引實現，也就是，純正的無鄰接表實現，以在SW26010的DMA+GLD/ST框架下將其訪存性能發揮到極致，從而為后續的計算優化提供機會。

材料學

生物材料團隊移植了Tersoff、ReaxFF、ILP等力場，并有自研的基于LAMMPS的層間力場LMFF。LMFF在模擬層狀的BNC材料中有顯著的性能優勢，2022年，由山東大學、清華大學和超算中心組成的聯合團隊完成了微米級石墨摩擦體系的模擬，并且實現了第一次對該體系中彈性波的觀測。