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| 本文作者： 包永剛 | 2021-05-17 14:49 |
1929年，超級計算（Supercomputing）首次出現在《紐約世界報》的報道中。由成百上千甚至更多處理器組成的超級計算機，是解決重大科學問題的重要工具，如今正在發揮越來越重要的作用。
2010年11月，中國首臺千萬億次超級計算機系統“天河一號”在TOP500組織發布的全球超算排行榜中位列第一。此后，“天河二號”也在2013年6月-2016年6月間獲得了6連冠（TOP500榜單每年6月和11月更新）。
2016年超越“天河二號”的最強超級計算機同樣來自中國，名為神威·太湖之光。
“2010年之后，我國超級計算機建設和部署取得了較大成果，進入超算TOP500榜單的計算機數量也大幅增長。”ASC世界大學生超級計算機競賽組委會委員劉軍說，“雖然我們在硬件方面投入了很多，但在這些超級計算機上運行的應用和軟件，尤其是超算結合產業和科研創新的能力相對而言還很弱，其根本的原因是人才儲備遠遠不足。”
于是，ASC世界大學生超級計算機競賽（ASC Student Supercomputer Challenge）于2012年發軔，由中國倡議成立，與日本、俄羅斯、韓國、新加坡、泰國、中國臺灣、中國香港等國家和地區的超算專家和機構共同發起并組織，得到美國、歐洲等國家地區超算學者和組織的積極響應支持。
歷經9年，ASC從中國到亞洲再到世界的規模升級，影響力不斷攀升，如今ASC與SC、ISC并稱全球三大大學生超算競賽，吸引了全球近萬名大學精英人才參與。
受疫情影響，ASC 20-21競賽創新性的采用了線下、線上同步舉行的方式，分為報名、初賽和決賽三個階段，由亞洲超算協會、南方科技大學、浪潮集團共同主辦。5月8日至12日，從300多支參賽隊伍脫穎而出，進入線下總決賽的21支隊伍在南方科技大學激烈角逐，最終ASC20-21總決賽冠軍由黑馬暨南大學拿下，清華大學獲得亞軍，e Prize計算挑戰獎和最高計算性能獎分別由清華大學和中山大學獲得。
暨南大學代表隊
線上競賽的7支隊伍中，中國臺灣新竹清華大學獲得冠軍。
ASC的目標是培養中國超算人才，促進全球頂超算人才的交流與合作，在這個過程中，ASC如何培養中國的超算人才？
全球最具挑戰的超算競賽
ASC與美國SC、德國ISC并稱為全球三大超算競賽。每年，ASC最先舉辦，一般在四五月份，接下來是ISC，大概在六七月舉行，SC則會在年底舉行。打頭陣的ASC也是三大超算競賽中最具挑戰性的賽事。
全球超級計算機排行榜TOP500發起人，美國工程院院士，橡樹嶺國家實驗室及田納西大學教授杰克·唐加拉（Jack Dongarra）說：“我參與過全球主要的大學生超算競賽，和國際同類競賽相比，ASC是最激烈的，也是最具挑戰性的超算競賽。參賽隊員要在短短五天內完成系統的組裝，調試以及比賽。”
ASC20-21南方科技大學決賽現場
這意味著，ASC的參賽隊員比拼的不僅是腦力，還有動手能力和體力。作為在同類比賽中第一個引入世界頂級超算系統作為競賽平臺的賽事，ASC在2014年引入了當時全球最快的超級計算機作為競賽平臺，2017年將超級計算機神威·太湖之光作為競賽平臺。
同時，ASC致力于通過競賽實現與國際大科學問題的結合，為參賽隊員創造更多與國際大科學工程親密接觸的機會。ASC15競賽與世界最大射電天文望遠鏡項目SKA合作，將其應用Gridding作為賽題，ASC17競賽采用戈登·貝爾獎入圍應用高分辨率海浪數值模擬MASNUM及無人駕駛領域AI應用作為競賽賽題。
不僅如此，ASC競賽還與領先的科技企業合作開展人工智能方面的賽題創新。比如ASC17人工智能賽題為百度提供的交通預測應用，ASC18人工智能賽題為微軟提供的自然語言閱讀理解中的搜索提問回答預測。
延續ASC一貫的推動青年人才培養，引導大學生們運用超算挑戰前沿科學問題的目標。ASC20-21總決賽的賽題包括基于FAST（中國天眼）真實觀測數據搜索脈沖星、訓練人工智能模型參加英語考試、用經典計算機模擬量子計算、跨隊伍合作的超級團隊賽、跨尺度天氣預報模式MPAS-A、超算基準測試HPL和HPCG等。
這些賽題不僅讓參賽隊員們絞盡腦汁、學習了新知識，也激發了他們的創造力。獲得e Prize計算挑戰獎的清華大學參賽隊員告訴雷鋒網：“我們是計算機系的學生，對脈沖星以及天文領域并不了解，所以我們首先需要學習一些背景知識，然后對代碼進行深入分析。”
“我負責的是AI賽題，初賽的題目是訓練AI模型完成完形填空，決賽的題目是閱讀理解，兩個賽題有比較大的差別，需要從零開始重新思考。”暨南大學參賽隊員為賽題絞盡腦汁的同時也會靈光乍現，“為了縮短訓練時間，我們需要用分布式計算的方法，我們學校的設備不太適合分布式計算，所以是到了現場直接調試，在很急切的情況下調試成功，這算臨場發揮，也有靈光乍現。”
中山大學的參賽隊員形容決賽的過程就像坐過山車，“我以前的想法是高性能計算不需要控制功耗，結果決賽要求參賽隊伍要在3000W功耗約束下設計搭建超算系統。要用我們以前沒有見過的最新CPU搭建系統，特別是發現它功率很大，我們冒險改了機器內部的走線，充分發揮了機器的算力，在3000W功耗約束下運行HPL國際基準測試，實現79.04萬億次/秒的持續浮點運算性能，創造新的世界紀錄并獲得最高計算性能獎。”
雷鋒網了解到，線下決賽的設備是浪潮4月剛發布的新機型，總價值超過千萬元。ASC20-21獎金總額超38萬元人民幣，是全球范圍內獎金最高的超算賽事。
如何挖掘與培養中國超算人才？
與腦力挑戰并存的，是動手能力與體力的挑戰。“比賽完最大的感受就是累。ISC因為疫情采用的是線上比賽，比賽時間為72小時，我們有很多時間去調整策略，也可以利用跑應用的時間休息一下。ASC兩個正式比賽日每天10小時的時間，要完成3-4個賽題，意味著我們能夠做的策略調整會少一些。”清華大學參賽隊員同時表示。
“線下比賽讓我能夠認識很多新朋友，在交流中得到一些新的靈感。并且，通過調試搭建系統，我對整個計算機體系結構組成的原理有更深的理解，這是非常大的收獲。”
暨南大學參賽隊員也提到，“學校的服務器和比賽的服務器差別比較大，有一些硬件和軟件版本的問題，我們花了比較長時間在集群方面。但一些在學校沒有調好的東西在比賽現場都調試出來了，這是一個比較獨特的經歷。”
作為全球首個重啟線下比賽的超算大賽，ASC20-21線上、線下同步舉行的賽制具有創新性，當然也具有挑戰性。劉軍說：“線下和線上隊伍跨地區、跨時區、跨語言協作對整個比賽而言非常有意義。為了將這兩種方式結合，我們進行了大量的嘗試。”
這就有了超級團隊賽，也就是參加總決賽的隊伍通過抽簽的方式隨機組成7個超級團隊，每個超級團隊需包含一支線上參賽隊伍，以跨團隊合作的形式共同完成決賽的“超級”賽題。
ASC20-21的超級團隊賽題圍繞新冠病毒展開，參賽隊員使用VENAS，盡可能用最短的時間來完成萬數量級病毒基因組的變異演化網絡計算。最終，由西北工業大學、華中科技大學、清華大學、俄羅斯烏拉爾聯邦大學組成的聯隊通過對VENAS的高效優化，性能提升超過10倍，成功贏得超級團隊獎。
ASC讓參賽隊員能夠接觸，使用最新、最強的超算系統，還能貼近創新前沿，幫助解決前沿科學問題。但ASC的影響力不止于參賽的10000多名大學生。
暨南大學指導老師楊光華說：“我們從2018年第一次參加ASC時對大賽的一無所知，到如今獲得冠軍，在這個過程中是不斷的老人帶新人的滾動培養，對于促進我們的教學科研起到非常大的作用。”
南方科技大學科學與工程計算中心主任工程師范靖也說：“我們從2016年開始參加ASC，在比賽的過程中學生們自發組織了南科大學生超算俱樂部，他們有自己的架構組織，也有定期的培訓交流。”
在ASC的帶動下，也有非計算機和AI相關專業的學生加入超算團隊。中山大學參賽隊員告訴雷鋒網，“我們超算三隊今年會有兩個航空航天學院的同學，因為他們經常需要用超算模擬很多東西，同時他們對超算也非常感興趣，因此我們超算隊也歡迎他們的加入。”
不僅如此，ASC還在努力吸引更多人才參與其中。“國內參賽隊伍特別多，水平也特別高，但總體而言還是存在不均衡的問題，西部高校參賽的頻次以及進入總決賽的隊伍相對東部，尤其是領先985高校有比較大的差距。”劉軍進一步表示。
“我們希望讓更多中國大學生有機會參與到ASC。之前，我們在太原理工大學辦過一次總決賽，對于西部高校來說可能比較少有這樣的機會。今年我們看到，太原理工大學和山西大學的參賽隊都進入了總決賽并且取得了不錯的成績。接下來，我們會做更多工作，增強ASC的影響力和吸引力。”
ASC開花結果
已經走過九年的ASC，為超算行業培養了不少人才。劉軍介紹，許多ASC的參賽隊員都工作出色，在戈登貝爾獎和很多重大科研創新里都出現了他們的身影。還有，今年支持線上比賽的AWS團隊成員之一，就是2016年華中科技大學ASC決賽的參賽隊員。
ASC的賽題有的也在繼續研究中探索產業化應用。暨南大學楊光華介紹，ASC19有一道超分辨率賽題，就是利用AI將低分辨率圖像轉換為高分辨率圖像。在大賽之后，他們將賽題中涉及到的一些AI模型算法應用到了無線通信領域，希望能夠通過超分辨率的想法或算法，盡量降低整個系統的負載，提升系統的效率和吞吐量，目前正在繼續科研和產業化。
還有一個例子，2020年ASC的NLP賽題，涉及到自然語言理解，通過不斷研究NLP領域的相關算法，他們也在把NLP算法應用到智慧醫療領域，建立醫療診斷模型，希望可以實現對病情的診斷，甚至應用到臨床。
ASC20-21的超級團隊賽題，也可以幫助新冠病毒的溯源與傳播研究，助力疫情防控。
正如ASC競賽發起人、中國工程院院士、浪潮集團首席科學家王恩東所說：“新冠疫情讓我們更加深刻意識到，只有更廣泛的跨國跨地區協作與創新，才能更好地應對人類共同面臨的重大挑戰。超級計算機作為解決重大科學問題的重要工具，將會發揮出越來越大的作用。ASC競賽希望通過比賽的形式，讓學生們不斷擴大技術視野、豐富知識結構、珍視團隊精神、強化合作意識，讓他們成長為下一代計算科學家。”
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