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清华大学超算团队:我们的征途是星辰大海

2018-06-12 11:22:06 来源:光明网
今年6月, ISC超算竞赛将在德国拉开帷幕,清华大学超算团队也将遇到一直和他们“掰手腕”的劲敌——南非超算中心,新的征途已然开始。

  提起超算,你会想到什么?

  是峰值计算速度达每秒12.54亿亿次的“神威·太湖之光”,还是世界大国之间的超算比拼大战?

  它是毋庸置疑的国之重器。作为“经济转型和科学研究加速器”,超级计算机扮演着“理论和实验之外的第三种科学研究手段”,是一个国家科技创新能力和综合国力的重要标志,已成为世界大国争夺的战略制高点。

  今天,活跃在超算赛场上的不只是各国顶尖的科学家们。在清华大学,有这样一支学生兴趣团队:他们9次在世界三大大学生超算赛事中夺冠,并由此为牵引,在科研方向上进行调整,成为新一代超算研究的储备人才。

  他们是谁?他们缘何与超算结缘?

  世界赛场上的年轻身影

  5月9日,南昌大学。

  2018ASC世界大学生超级计算机竞赛总决赛颁奖仪式现场,计算机的风扇声还在呼呼作响。清华大学代表李北辰高举冠军奖杯,和他并肩奋斗的队员一起站在写着大大的“冠军”字眼的黑色背景板前,全场掌声雷动。这是清华大学学生超算团队第5次获得这类赛事的冠军,团队连续几个月的努力终究没有白费。“第一天比赛结果出来后,我知道我们这次比赛(获胜)基本就稳了。”

  颁奖现场照片

  ASC世界大学生超级计算机竞赛由中国在2012年倡议发起,与全球超级计算机竞赛(SC超算竞赛)、国际超级计算机竞赛(ISC超算竞赛)并列为世界最具权威的大学生超算竞赛。ASC超算竞赛迄今已连续举行7届,今年共吸引了全球超过5500名大学生参赛,是全球规模最大、参与人数最多的大学生超算赛事。

  “第一天的比赛结果出来前,我们心里都没底。”这次的超算竞赛,李北辰他们要在2天20小时的规定时间里,完成组委会布置的4道题目。这群平均年龄不到22岁的大学生,面对的是当下最前沿的研究:机器阅读理解、获2017年诺贝尔化学奖的冷冻电镜技术、超算基准测试HPL&HPCG……

  “因为其中一个项目数据过大,我们研究的时间有点长,所以导致后面的项目没有能按时跑完。”回想第一天的比赛,李北辰显得有些遗憾,“第一天我没有心思吃午饭,导致下午整个人都不在状态。”不过正是因为团队成员遇到问题后第一时间沟通讨论,确定可行方案后再动手操作,才让机器后期的运算效率得到保障。“我们第二天去到现场,惊喜地发现我们第一天的比赛成绩还比第二名高了不少。”

  以兴趣为牵引的“超强战队”

  清华大学超算团队和ASC超算竞赛同岁,这支队伍的团魂是“兴趣”。

  “我加入团队很偶然,是辅导员推荐了这个比赛给我,我在参加比赛的过程中见识了很多不一样的东西,也对高性能计算方面的研究产生了兴趣。”队员冯冠宇和清华超算团队其他人一样,因为相同的兴趣而紧紧地牵连在了一起。

  兴趣是最好的老师。团队指导老师翟季冬骄傲地介绍队员:“我们团队的组建完全是出于兴趣,并不是官方指定的。每个成员都根据自己的特长负责比赛的一部分。”ASC18项目委员会公布竞赛题目后,每个超算团队都有两个月左右的准备时间。“我们每周都会有例会,每个人通报自己的训练进展的情况,临近比赛会做更为集中的准备训练。”

  超算队员在赛场上讨论

  李北辰是清华大学计算机系大四的学生,是今年清华超算团队的队长。“快毕业了,我忙着做毕业设计,但我喜欢超算比赛,自然就能挤出时间。”

  超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机。这个技术在如今应用已十分广泛,大到核爆炸的模拟研究小到洗衣液的瓶子设计都有超级计算机的影子。在超级计算机领域,有着一份世界500强榜单,这份榜单每隔半年更新一次。2013年至今,中国自主研发的超级计算机就一直稳坐榜首。最近两年,这个位置属于“神威·太湖之光”,它的峰值运算速度达到每秒12.5亿亿次,“1”后面17个“0”,大致相当于200万台普通电脑同时运行。

  每年围绕超级计算机举办的三大赛事吸引世界各地的学生参加,清华学生超算团队在ASC超算竞赛7届比赛中5次获得总冠军,并累计9次在三大国际赛事中夺冠。翟季冬坦言自己和指导的学生逐渐感受到了压力:“我们原本是一个兴趣团队,但这几年随着国家、学校越来越重视,我们取得的成绩代表的是我们国家对超算青年人才交流的重视程度和培养的成果。

  点燃学生的创新激情

  在奖杯之外,参加超算大赛也让队员们接触到很多和课堂学习不一样的东西。伴随着一道道难题被攻克,他们的创新激情也被逐渐点燃。

  回顾参加超算比赛的体验,负责硬件的刘家昌说:“参加超算的过程中学到了很多平时课上学不到的东西,与平时课堂学的理论相比,是更为细节的东西。”

  “每年超算竞赛的神秘应用是让我们最期待的,也是最难把控的环节。”李北辰介绍,今年的“神秘应用”是分子动力学模拟软件SIESTA、NASA使用的计算流体力学软件CFL3D,以及使用CNTK深度学习框架挑战MSMARCO问答数据集。“我们平时上课是不会接触到分子动力学相关知识的,这就要求我们像工程师一样,对给出的软件和软件相关的文档进行分析,了解软件的运行模式并且加以运用,这大大加强了我们的即时学习和处理问题的能力。”

  “我们一直鼓励学生多参加类似于超算这方面的竞赛,这会提升他们学习知识和实践操作相结合的能力。”翟季冬很欣慰地看到自己指导的学生活跃在国际赛事上,“这对他们的团队协作能力,随机应变能力的提升有很大的帮助。当然,他们的心理素质变得更好,视野也变得更开阔了。”

  “我本来是想研究图形学,但参加这几次超算竞赛之后,我决定以后还是做高性能计算方面的研究。”队员于纪平的选择也是清华超算团队很多成员的选择。在计算机科学领域,超级计算机不是热门方向。于纪平的同学中,每年只有10%左右的同学对这个方向有兴趣,多数人还是投身人工智能的研究。“超算本身在技术等各方面的攻关是十分困难的,大家都知道超算很厉害,但真正能投入去做的人不多。”李北辰对继续从事超算研究的队员十分佩服,“相对于人工智能,高性能方面的研究的确是更枯燥也更难出成绩,这是一条难走的路。”

  今年6月,ISC超算竞赛将在德国拉开帷幕,清华大学超算团队也将遇到一直和他们“掰手腕”的劲敌——南非超算中心,新的征途已然开始。(光明融媒通讯员卢曦雨 记者 邓晖)

作者:卢曦雨 邓晖 编辑:靳梦秋
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