北航、中山大學(xué)分獲HPL、CESM領(lǐng)先,首個(gè)超級團(tuán)隊(duì)賽由跨國組合贏得

4月25日,2019 ASC世界大學(xué)生超級計(jì)算機(jī)競賽(ASC19)在大連理工大學(xué)落下帷幕,臺灣清華大學(xué)與清華大學(xué)分獲冠亞軍。除了冠亞軍,最高計(jì)算性能獎、e Prize計(jì)算挑戰(zhàn)獎以及首次設(shè)置的團(tuán)隊(duì)競賽獎也備受矚目。圍繞這三大單獎項(xiàng),20強(qiáng)隊(duì)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(xué)在HPL基準(zhǔn)測試賽題中創(chuàng)下3000W功耗約束下每秒50.21萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算性能的驚人佳績,較去年紀(jì)錄42.99萬億次/秒提升了17%;中山大學(xué)在地球氣候模式CESM賽題中表現(xiàn)出色,成績領(lǐng)先;由中山大學(xué)、太原理工大學(xué)、香港中文大學(xué)和德國埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)組成的團(tuán)隊(duì),成為ASC歷史上首個(gè)超級團(tuán)隊(duì)對抗賽優(yōu)勝者。

北航HPL浮點(diǎn)性能突破50萬億次

HPL是國際最通用的超級計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)性能基準(zhǔn)測試程序,是全球超算TOP500排行的重要依據(jù)。ASC競賽的HPL計(jì)算性能測試有嚴(yán)格的規(guī)定,要求各參賽隊(duì)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(diǎn)、高速網(wǎng)絡(luò)和自行配置加速卡等設(shè)備,完成超算系統(tǒng)構(gòu)建。

北京航空航天大學(xué)代表隊(duì)設(shè)計(jì)了"3機(jī)12卡"的異構(gòu)超算系統(tǒng),共采用3臺浪潮AI超算服務(wù)器NF5280M5配置NVIDIA Tesla系列的12塊V100加速卡,通過精細(xì)的控制優(yōu)化,在3000W功耗約束下實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)50.21萬億次/秒的持續(xù)浮點(diǎn)運(yùn)算性能,同時(shí)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(xué)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(xué)、清華大學(xué)、大連理工大學(xué)等多只隊(duì)伍也表現(xiàn)出色,浮點(diǎn)運(yùn)算性能均超過每秒30萬億次。

在功耗限定的條件下實(shí)現(xiàn)盡可能高的計(jì)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(yàn)隊(duì)伍的臨場發(fā)揮能力。6次帶隊(duì)參加ASC競賽的北京航空航天大學(xué)代表隊(duì)指導(dǎo)老師楊海龍對此深有體會,他認(rèn)為即便賽前準(zhǔn)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(gè)階段接觸到超級計(jì)算機(jī),更別提要自己設(shè)計(jì)一個(gè)方案并且在現(xiàn)場搭建超算系統(tǒng),這個(gè)過程中一定會碰到很多從未遇到的問題,因此應(yīng)對和解決突發(fā)問題的能力對每位隊(duì)員都很重要。而參加ASC競賽實(shí)際上是一個(gè)理論與實(shí)踐結(jié)合、知識到能力轉(zhuǎn)化的過程,對學(xué)生的未來職業(yè)發(fā)展具有很高的價(jià)值。”

在HPCG基準(zhǔn)測試中,臺灣清華大學(xué)以2004.96 GFlops的優(yōu)異成績排名第一,北京航空航天大學(xué)和北京大學(xué)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(zhǔn)測試,目前已成為高性能HPL基準(zhǔn)測試的補(bǔ)充,用于全球TOP500超算排名。與HPL相比,HPCG更貼合超算實(shí)際應(yīng)用的特點(diǎn),旨在實(shí)現(xiàn)與不同領(lǐng)域的HPC應(yīng)用更緊密匹配的計(jì)算和數(shù)據(jù)訪問模式,并激勵(lì)超算系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員不斷提升應(yīng)用程序的實(shí)際性能。

中山大學(xué)地球系統(tǒng)模式CESM取得領(lǐng)先

作為ASC19 的“e Prize計(jì)算挑戰(zhàn)獎”指定賽題,地球系統(tǒng)模式CESM是當(dāng)今國際上應(yīng)用最為廣泛的氣候模型,同時(shí)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(bào)告所使用的主要?dú)夂蚰Ｐ椭弧ESM是一個(gè)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(xué)、流體力學(xué)等方程式,外加由實(shí)際觀測得到的氣候場資料作為起始狀態(tài),最終在超級計(jì)算機(jī)上再現(xiàn)氣候變化的過程。

CESM賽題對于計(jì)算性能的挑戰(zhàn)十分巨大,要求所有隊(duì)伍在限定時(shí)間內(nèi)完成數(shù)年內(nèi)CAM4、CAM5兩個(gè)大氣模式的計(jì)算,以及在二氧化碳濃度翻倍的條件下CESM的全模式計(jì)算,這需要各支隊(duì)伍對CESM進(jìn)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(jì)算時(shí)間。最終,中山大學(xué)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(xué)院大氣物理研究所所長助理、LASG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任周天軍表示:“CESM賽題一方面會讓大學(xué)生們接觸到目前國際上最前沿的氣候變化科學(xué)工程,另一方面決賽中特別設(shè)置的二氧化碳濃度變化運(yùn)算,也會讓每個(gè)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(jìn)而建立更好的環(huán)保意識。”

首個(gè)超級團(tuán)隊(duì)對抗賽優(yōu)勝者誕生

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

超級團(tuán)隊(duì)對抗賽是ASC首次設(shè)立的一個(gè)獨(dú)立競賽項(xiàng)目,20強(qiáng)隊(duì)伍通過抽簽的方式組成5個(gè)超級團(tuán)隊(duì),以跨團(tuán)隊(duì)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(jì)算流體動力學(xué)軟件,廣泛應(yīng)用在許多不同的科學(xué)領(lǐng)域,如地球物理流體動力學(xué)、計(jì)算流體動力學(xué)、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(shí)間的變化而變化的問題。Fluidity使用MPI并行化,能夠擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)處理器。

“在實(shí)際科研工作中,跨團(tuán)隊(duì)合作是十分常見的形式,特別在國際科學(xué)工程項(xiàng)目中更是如此,這是我們設(shè)置超級團(tuán)隊(duì)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(xué)生們進(jìn)行深入合作,共同完成競賽項(xiàng)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(xué)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(lǐng)域等,我們希望同學(xué)們的創(chuàng)新思維給HPC在制造業(yè)的應(yīng)用帶來一些新啟示。”

ASC 世界大學(xué)生超級計(jì)算機(jī)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(jī)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(jìn)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(xué)生參賽,是目前全球規(guī)模最大、參與人數(shù)最多的大學(xué)生超算賽事。

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