4月25日,2019 ASC世界大學生超級計算機競賽(ASC19)在大連理工大學落下帷幕,臺灣清華大學與清華大學分獲冠亞軍。除了冠亞軍,最高計算性能獎、e Prize計算挑戰(zhàn)獎以及首次設置的團隊競賽獎也備受矚目。圍繞這三大單獎項,20強隊伍在正式比賽首日展開了激烈的比拼。最終,北京航空航天大學在HPL基準測試賽題中創(chuàng)下3000W功耗約束下每秒50.21萬億次浮點運算性能的驚人佳績,較去年紀錄42.99萬億次/秒提升了17%;中山大學在地球氣候模式CESM賽題中表現(xiàn)出色,成績領先;由中山大學、太原理工大學、香港中文大學和德國埃爾朗根-紐倫堡大學組成的團隊,成為ASC歷史上首個超級團隊對抗賽優(yōu)勝者。

北航HPL浮點性能突破50萬億次

HPL是國際最通用的超級計算機浮點性能基準測試程序,是全球超算TOP500排行的重要依據(jù)。ASC競賽的HPL計算性能測試有嚴格的規(guī)定,要求各參賽隊伍在總功耗3000W的限制下,采用組委會統(tǒng)一提供的超算節(jié)點、高速網(wǎng)絡和自行配置加速卡等設備,完成超算系統(tǒng)構(gòu)建。

北京航空航天大學代表隊設計了"3機12卡"的異構(gòu)超算系統(tǒng),共采用3臺浪潮AI超算服務器NF5280M5配置NVIDIA Tesla系列的12塊V100加速卡,通過精細的控制優(yōu)化,在3000W功耗約束下實現(xiàn)整體系統(tǒng)50.21萬億次/秒的持續(xù)浮點運算性能,同時也首次將ASC競賽的HPL性能提升到50萬億次級別。初次入圍總決賽的超級新秀暨南大學緊隨及后,以39.68萬億次/秒的成績位列第二。而臺灣清華大學、清華大學、大連理工大學等多只隊伍也表現(xiàn)出色,浮點運算性能均超過每秒30萬億次。

在功耗限定的條件下實現(xiàn)盡可能高的計算性能,ASC競賽的HPL測試本身就是一道挑戰(zhàn)極限的賽題,極為考驗隊伍的臨場發(fā)揮能力。6次帶隊參加ASC競賽的北京航空航天大學代表隊指導老師楊海龍對此深有體會,他認為即便賽前準備的再充分,ASC競賽仍然充滿了不確定性,“參賽的都是本科生,極少有人能在這個階段接觸到超級計算機,更別提要自己設計一個方案并且在現(xiàn)場搭建超算系統(tǒng),這個過程中一定會碰到很多從未遇到的問題,因此應對和解決突發(fā)問題的能力對每位隊員都很重要。而參加ASC競賽實際上是一個理論與實踐結(jié)合、知識到能力轉(zhuǎn)化的過程,對學生的未來職業(yè)發(fā)展具有很高的價值。”

在HPCG基準測試中,臺灣清華大學以2004.96 GFlops的優(yōu)異成績排名第一,北京航空航天大學和北京大學緊隨其后,以1529.20 GFlops和1483.70 GFlops的成績分列二、三名。HPCG又稱高性能共軛梯度基準測試,目前已成為高性能HPL基準測試的補充,用于全球TOP500超算排名。與HPL相比,HPCG更貼合超算實際應用的特點,旨在實現(xiàn)與不同領域的HPC應用更緊密匹配的計算和數(shù)據(jù)訪問模式,并激勵超算系統(tǒng)設計人員不斷提升應用程序的實際性能。

中山大學地球系統(tǒng)模式CESM取得領先

作為ASC19 的“e Prize計算挑戰(zhàn)獎”指定賽題,地球系統(tǒng)模式CESM是當今國際上應用最為廣泛的氣候模型,同時也是聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)撰寫第五和第六次評估報告所使用的主要氣候模型之一。CESM是一個完全耦合的氣候模型,包括了大氣、陸地、海洋、海冰、陸冰等幾大模塊,利用物理、化學、流體力學等方程式,外加由實際觀測得到的氣候場資料作為起始狀態(tài),最終在超級計算機上再現(xiàn)氣候變化的過程。

CESM賽題對于計算性能的挑戰(zhàn)十分巨大,要求所有隊伍在限定時間內(nèi)完成數(shù)年內(nèi)CAM4、CAM5兩個大氣模式的計算,以及在二氧化碳濃度翻倍的條件下CESM的全模式計算,這需要各支隊伍對CESM進行深入了解并予以優(yōu)化,才能在確保精度的前提下盡量縮短計算時間。最終,中山大學在通過對CESM的良好優(yōu)化,取得了最好成績。

作為CESM賽題的提供方,中國科學院大氣物理研究所所長助理、LASG國家重點實驗室副主任周天軍表示:“CESM賽題一方面會讓大學生們接觸到目前國際上最前沿的氣候變化科學工程,另一方面決賽中特別設置的二氧化碳濃度變化運算,也會讓每個人切身感受到因碳排放量增加引發(fā)的全球變暖,將對人類生存環(huán)境帶來哪些巨大影響,進而建立更好的環(huán)保意識。”

首個超級團隊對抗賽優(yōu)勝者誕生

由中山大學、太原理工大學、香港中文大學和德國埃爾朗根-紐倫堡大學組成的團隊,成為ASC歷史上首個超級團隊對抗賽優(yōu)勝者。

超級團隊對抗賽是ASC首次設立的一個獨立競賽項目,20強隊伍通過抽簽的方式組成5個超級團隊,以跨團隊合作的形式共同完成了超級賽題“Fluidity”的挑戰(zhàn)。Fluidity 是一款開源、通用、多相計算流體動力學軟件,廣泛應用在許多不同的科學領域,如地球物理流體動力學、計算流體動力學、海洋建模和地幔對流等等,其基于有限元/控制體積法,能夠解決網(wǎng)格的任意移動和網(wǎng)格分辨率隨時間的變化而變化的問題。Fluidity使用MPI并行化,能夠擴展到數(shù)千個處理器。

“在實際科研工作中,跨團隊合作是十分常見的形式,特別在國際科學工程項目中更是如此,這是我們設置超級團隊對抗賽的初衷,希望能夠借助這種新穎的競賽形式促使大學生們進行深入合作,共同完成競賽項目。”ASC19組委會委員劉軍介紹說:“之所以選擇Fluidity作為賽題,原因在于目前流體力學對于高端制造業(yè)的發(fā)展非常重要,如在航空航天、汽車、船舶和海洋工程領域等,我們希望同學們的創(chuàng)新思維給HPC在制造業(yè)的應用帶來一些新啟示。”

ASC 世界大學生超級計算機競賽(ASC Student Supercomputer Challenge)由中國發(fā)起組織,并得到亞洲及歐美相關(guān)專家和機構(gòu)支持,旨在通過大賽平臺推動各國及地區(qū)間超算青年人才交流和培養(yǎng),提升超算應用水平和研發(fā)能力,發(fā)揮超算的科技驅(qū)動力,促進科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。大賽迄今已連續(xù)舉行8屆,共吸引了全球超過7000名大學生參賽,是目前全球規(guī)模最大、參與人數(shù)最多的大學生超算賽事。

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