世界最大規(guī)模的2019 ASC大學生超算競賽(ASC19)已進入激動人心的決賽日。4月21-25日,來自全球20所知名高校的大學生超算隊伍在大連理工大學展開最后對決,他們需要自行設(shè)計和構(gòu)建一套高性能計算(HPC)與人工智能(AI)融合的系統(tǒng),從而靈活應(yīng)對來自傳統(tǒng)科學計算與新興人工智能計算的雙重挑戰(zhàn)。
ASC競賽促進HPC與AI融合
作為ASC競賽專家委員會主席,全球超級計算機排行榜TOP500發(fā)起人、美國工程院院士、橡樹嶺國家實驗室及田納西大學杰出教授Jack Dongarra認為,高性能計算是當下推動科學持續(xù)前進的動力,而以深度學習為代表的人工智能計算則為高性能計算探索出一個新的領(lǐng)域,特別是對數(shù)學、計算數(shù)學相關(guān)的領(lǐng)域而言更是如此,“我很高興看到ASC競賽設(shè)置了HPC與AI領(lǐng)域的不同賽題,這會讓學生們在比賽中思考二者如何融合的問題,并學習和嘗試親手構(gòu)建一套超算系統(tǒng)來完成不同類型的計算任務(wù),對于他們未來的職業(yè)生涯會有非常重要的啟發(fā)意義。”
從現(xiàn)實的情況來看,AI與HPC融合的趨勢正在不斷加速。眾所周知,AI訓練的數(shù)據(jù)量越大,標注越精確,訓練出的模型也越精準,同時也需要數(shù)十倍的計算量,這也是人工智能計算快速從單機單卡計算演變?yōu)閱螜C多卡、多機多卡、異構(gòu)集群級計算的重要原因所在。HPC積累多年的多機并行、高速低延遲網(wǎng)絡(luò)、管理調(diào)度算法等成熟技術(shù)可以大大減輕管理使用AI集群的負擔。無論是從經(jīng)濟性還是便利性來看,HPC與AI的融合都會是一種必然的趨勢,畢竟用同一套系統(tǒng)解決不同領(lǐng)域的問題,勝過兩套彼此獨立的系統(tǒng)。
國家重點研發(fā)計劃“高性能計算重點專項”總體專家組組長錢德沛教授表示:“目前來看,AI與HPC之間的聯(lián)系還處于一個初級狀態(tài),AI有大量的數(shù)據(jù)、推理、訓練任務(wù)需要超級計算的支持,HPC可以把AI應(yīng)用到新的領(lǐng)域,比如利用人工智能更精準的完成天氣預(yù)報等等。但從長遠來看,AI與HPC可能還存在更深層的關(guān)系,人工智能的初衷就是從人的智能向計算的一個啟發(fā),它對未來的計算模式可能會帶來非常重要的影響。”
人工智能賽題促進HPC+AI融合人才培養(yǎng)
從2016年開始,ASC聯(lián)合科大訊飛、百度、微軟等領(lǐng)先人工智能企業(yè),將智能語音DNN應(yīng)用、交通預(yù)測應(yīng)用、機器閱讀理解等最新人工智能技術(shù)引入到了比賽中,讓參賽選手利用超級計算機在并行環(huán)境中優(yōu)化人工智能應(yīng)用,引導學生從基礎(chǔ)架構(gòu)、計算力層面建立起對人工智能的整體認知,培養(yǎng)HPC+AI復合人才。
ASC19總決賽設(shè)置了超分辨率(SR)一個特定領(lǐng)域的賽題——人臉圖像超分辨率,其目標是從大規(guī)模數(shù)據(jù)集中探索低分辨率(LR)人臉圖像和高分辨率(HR)人臉圖像強度對應(yīng)關(guān)系,最終讓機器生成接近真實的HR人臉圖像。SR技術(shù)是近幾十年來廣受關(guān)注的一項視覺計算技術(shù),其目標是將低分辨率圖像恢復或重建為高分辨率圖像。隨著深度學習技術(shù)特別是生成式對抗網(wǎng)絡(luò)GAN被引入到SR研究中,這項技術(shù)得以廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星和航天圖像分析、醫(yī)療圖像處理、壓縮圖像/視頻增強及其他應(yīng)用領(lǐng)域。
在總決賽中,20支高校隊伍將重新設(shè)計或調(diào)整他們在初賽階段設(shè)計的SR算法,以便對賽題中使用的人臉圖像數(shù)據(jù)集進行4倍分辨率還原。想要達到競賽要求并取得更好成績,學生們一方面需要嘗試將HPC技術(shù)融入到AI計算過程中,以實現(xiàn)更高的計算性能;另一方面也要在設(shè)計模型時充分考慮人臉圖像的特征相似性。2016年一項發(fā)表于ECCV的研究成果表明,傳統(tǒng)衡量SR圖像的信噪比(PSNR)和結(jié)構(gòu)相似性(SSIM)并不能很好的反映重構(gòu)人臉的效果。在Facenet和SphereFace等人臉識別算法中都采用512維特征向量作為人臉的唯一特征。本次決賽采用高清人臉(HR)和重構(gòu)超清圖像(SR)提取的512維向量的余弦相似性作為特征相似性。
ASC競賽組委會委員、浪潮集團AI&HPC總經(jīng)理劉軍認為,人工智能為高性能計算開啟了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域,并彼此融合、相互促進,“我們希望通過ASC競賽設(shè)置的科學計算與人工智能計算賽題,讓世界各國的大學生們通過比賽思考、學習并嘗試解決HPC如何更好的與AI融合,從而促進HPC與AI交叉人才的培養(yǎng),緩解工業(yè)界與學術(shù)、教育界爭奪AI人才的矛盾,這是ASC競賽一個非常重要的使命。”
世界大學生超級計算機競賽(ASC)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(yīng)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。ASC19由亞洲超算協(xié)會、浪潮集團和大連理工大學聯(lián)合舉辦。
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