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世界大学生超级计算机竞赛落幕,中国台湾清华大学夺得总冠军

所有参赛选手及老师


《环球科学》记者 罗凯 发自大连


2019年4月25日,世界大学生超级计算机竞赛(ASC19)总决赛在大连理工大学落下帷幕。在这场激烈的竞赛中,台湾清华大学脱颖而出,凭借在多项赛事中的优异成绩取得了竞赛的总冠军


获得冠军的台湾清华大学代表队


清华大学则结束两连冠位居亚军。在赛后的采访中,台湾清华大学代表队的队长表示,他们沉着冷静地应对和解决在比赛中出现的突发状况,是获胜的关键。而未能卫冕的清华大学则表示,新队员占比偏高,团队缺乏应急经验,因此错失良机。


获得亚军的清华代表队


此外,在决赛中,中山大学摘得了e Prize计算挑战奖,北京航空航天大学则获得了最高计算性能奖,中山大学、太原理工大学、香港中文大学和德国埃尔朗根-纽伦堡大学成为ASC历史上首个“超级团队对抗赛”的优胜者。



再破赛会记录


在决赛的第一天,预赛总成绩第一的北京航空航天大学就打破了赛会的记录,在HPL基准测试赛题中取得了优异的成绩。他们在3000W额定功耗的约束下,取得了每秒50.21万亿次浮点运算性能的惊人佳绩,比去年42.99万亿次/秒的纪录提升了17%,并首次将ASC竞赛的HPL性能提升到50万亿次的级别。初次入围总决赛的超级新秀暨南大学也紧随其后,以39.68万亿次/秒的成绩位列第二。


北京航空航天大学获得了最高计算性能奖


HPL是国际最通用的超级计算机浮点性能基准测试程序,是全球超算TOP500排行的重要依据。ASC竞赛的HPL计算性能测试有严格的规定,要求各参赛队伍在组委会统一提供的模块化设备的基础上,自行设计和构建超算系统。整套系统的运行总功耗不得超过3000W。


北京航空航天大学代表队设计了"3机12卡"的异构超算系统,共采用3台浪潮AI超算服务器NF5280M5配置NVIDIA Tesla系列的12块V100加速卡,通过精细的控制优化,最终获胜。在赛后的采访中,北京航空航天大学代表队的队员表示:“我们在赛前设计了4机和3机两套系统方案,在现场实际测试之后,最终敲定了性能更优的‘3机12卡’方案。比赛过程中的压力很大,对手的实力都非常强,但我们的赛前准备和临场发挥都很完美,最终成绩比测试的时候提高了将近10%,超出了我们的预期。”



模拟全球气候变化


作为一场贴近前沿的竞赛,ASC每年都会根据国际的技术动态和科学问题,更新部分赛题。今年更是在热议的全球气候变暖的问题上,首次采用CESM作为e Prize计算挑战奖的赛题,考验各团队在面临复杂的气象模拟的过程中,如何平衡资源、调节参数,更好地完成运算量巨大的模拟任务。


中山大学摘得了e Prize计算挑战奖


CESM是当今国际上应用最为广泛的气候模型,同时也是联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)撰写第五和第六次评估报告所使用的主要气候模型之一。CESM是一个完全耦合的气候模型,包括了大气、陆地、海洋、海冰、陆冰等几大模块,利用物理、化学、流体力学等方程式,外加由实际观测得到的气候场资料作为起始状态,最终在超级计算机上再现气候变化的过程。


本道赛题的支持方,中国科学院大气物理研究所所长助理,LASG国家重点实验室副主任周天军对《环球科学》说:“IPCC评估报告中预估数据的生成对超级计算机的依赖极大,模拟运行速度对全球气候变化研究至关重要。气候模式的研发和模拟是一个综合学科,亟需更多的超算人才支持。这次ASC的气候变化模拟赛题难度超乎以往,希望这道赛题能激发大学生对气候变化研究的兴趣,推动超算与气候模拟的协作。”


大赛委员会中多位委员都认为这道赛题充满困难。中山大学代表队的队长在获奖后也表示,“这套系统有个特点,参数选取的不好的话,模型就很难跑起来。所以对很对队员来说,赛题遇到的问题主要是跑不起来,而不是跑得不够快。在初赛后,我们研究了很长时间这套软件,所以经验可能更丰富一点。”



竞赛也需要合作


在今年的比赛中,ASC还首次设立了超级团队对抗赛。20入选决赛的队伍需要通过抽签的方式组成5个超级团队,以跨团队合作的形式共同完成Fluidity赛题。这是一次全新的尝试,ASC组委会委员刘军对此表示:“在很多的比赛中,组与组之间最直接的关系就是竞争。但是我们也希望来自世界各地的同学们相互交流,相互学习,通过合作碰撞出更多的火花。”


参赛选手自行设计和搭建超级计算机


Fluidity 是计算流体力学的三维软件包,基于有限元/控制体积法,能够解决网格的任意移动和网格分辨率随时间的变化而变化的问题。Fluidity使用MPI并行优化,并且能够扩展到数千个处理器。


最终,由太原理工大学、中山大学、香港中文大学和德国埃尔朗根-纽伦堡大学组成的超级战队,以优异的成绩共同完成了挑战,斩获ASC历史上首个“超级团队对抗赛”大奖。“我们知道在合作的时候就会有妥协和牺牲,但我们也愿意这么做。毕竟扩大协作的范围,就可能带来更新的思路和更多样化的成果。这就跟组建超级计算机类似。”中山大学的一位队员说道。“我们获得了很多乐趣,也希望以后组委会能给类似的题目留出更多的时间。”来自德国埃尔朗根-纽伦堡大学的队员也说道。


德国埃尔朗根-纽伦堡大学代表队



结合AI的HPC


随着科技不断进步,高性能计算已经成为当下推动科学持续前进的动力,而以深度学习为代表的人工智能计算则为高性能计算探索出一个新的领域,特别是对数学、计算数学相关的领域而言更是如此。在这次的比赛中,人脸超分辨率重建(SR)等问题入选,就体现了这种趋势。ASC专家委员会主席、全球超级计算机排行榜TOP500发起人,杰克·唐加拉(Jack Dongarra)教授表示说:“我很高兴看到ASC竞赛设置了HPC与AI领域的不同赛题,这会让学生们在比赛中思考二者如何融合的问题,并学习和尝试亲手构建一套超算系统来完成不同类型的计算任务,对于他们未来的职业生涯会有非常重要的启发意义。”


超算TOP500发起人杰克教授在现场与同学交流


清华大学代表队的指导老师表示,“对我们来说,参与比赛最重要的目的是以赛促学。这些参赛的本科生在高强度的训练以后,对HPC和AI领域已经非常熟悉了,他们如果选择继续深造,会比很多在研究生阶段才接触相关科学问题的学生更有优势,也更容易做出好的成果。”


超算TOP500发起人杰克·唐加拉教授在决赛现场


ASC竞赛发起人、中国工程院院士王恩东也指出,AI的兴起为HPC探索出一个全新且重要的应用领域,如何实现超级计算技术与人工智能技术更好的融合,将成为未来计算技术的一个重要研究方向。ASC通过传统科学计算与新兴人工智能计算的赛题设计,激发大学生思考,鼓励他们创新,探索未来人工智能时代超算人才培养的新模式。


附注

ASC 世界大学生超级计算机竞赛(ASC Student Supercomputer Challenge)由中国发起组织,并得到亚洲及欧美相关专家和机构支持,旨在通过大赛平台推动各国及地区间超算青年人才交流和培养,提升超算应用水平和研发能力,发挥超算的科技驱动力,促进科技与产业创新。大赛迄今已连续举行8届,共吸引了全球超过7000名大学生参赛,是目前全球规模最大、参与人数最多的大学生超算赛事。

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