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世界最快超算"神威·太湖之光"亮相2017世界大学生超级计算机竞赛

2月16日,2017年世界大学生超级计算机竞赛开幕,这是一个堪称国际顶尖水平的赛事。从参赛人数来看,来自中国、美国、英国、德国、印度、俄罗斯等15个国家和地区230支高校参赛,是国际同类赛事之最。开幕式上,国家863计划“高性能计算机及应用服务环境”重大项目总体专家组组长、北京航空航天大学教授钱德沛作为受邀嘉宾,在致辞中向与会专家和年轻参赛选手泼了一盆冷水:

“今天的神威·太湖之光,作为世界上最快的超算,是基于我们自己的众核处理器来实现的,那么我们的软件怎么办,系统软件,工具软件、应用软件?这些是否也能跟上步伐?”换言之,我们有了超一流的硬件,可是我们的软件、应用呢?

这道出了大赛举办的初衷,正如大赛发起人、中国工程院院士、浪潮集团首席科学家王恩东所说,让年轻参赛者通过挑战神威·太湖之光,筛选出更多面向未来的复合型科技精英。以此,也来回答备受专业人士关心的问题:通过超一流的计算机,我们能否做出超一流的应用来?

 

一场不同于实验室里的战役:对超算不再“盲人摸象”

至今,钱德沛还记得20多年前“尴尬”的一幕。那是1996年,他和另外一位专家去参加全球超级计算大会,“会场内外,一个中国大陆的学者也碰不到”。

让他没想到的是,一晃多年过去,在如今的超级计算领域,已经很难找到没有中国大陆学者身影的学术会议。更让他自豪的是,中国还发起了已经成为目前国际上规模最大的大学生超级计算机竞赛。

在他看来,这是一个“有长远”眼光的举动,如今不论是自然科学,还是工程技术,都离不开所谓的大数据以及计算能力的提升,“掌握计算的技能,对我们的科学教育来说是一个根本任务”。

遗憾的是,在国家超级计算无锡中心主任、清华大学教授杨广文看来,迄今为止,我国在超级计算领域的课程设置,与行业发展的速度仍有较大的差距。

杨广文还记得,将近5年前,在全球大学生超级计算机竞赛(ISC12)之前的国内选拔时,主办方通知了国内300所学校,最后参加的却只有27所,绝大多数学校之所以放弃,就在于他们没有合适的、富有创造力的选手。这也再次拷问国人在超算应用领域创造力的培养。

钱德沛告诉记者,我国的超算起步较晚,长期以来都存在着“重技术、轻应用,重硬件、轻软件”的问题;而相应超算人才的教育,也很难跟上趟儿,新世纪以来更是进入了贫瘠地带,不少计算机学院甚至把这个课程砍掉,导致学生没学过,不会用。

毕竟,超算涉及多个学科的交叉应用,诸如师资、设备的培养成本都很大,没有学校愿意专门为此调整课程设置。有的专家一针见血提到:学校花几百万上千万元购买的设备,不可能让一个本科学生轻易去碰,如果弄坏了怎么办?这个风险太大了。

相应地,超算大赛却为学生提供了顶级的超算设备,也鼓励学生的创新与冒险精神。今年参赛选手要进军的神威·太湖之光,就在杨广文领衔的国家超级计算无锡中心。

在他看来,这是一场不同于实验室里的战役,对很多从事超算工作的科研人员来说,超级计算机到底是什么模样,有什么潜能,仍在不停地摸索。那么通过比赛,让学生有一个“从头到尾”的整体性、而非“盲人摸象”般的认识,至关重要。

 

如何在世界最快超级计算机上大显身手?

神威·太湖之光究竟有多快?用数字来看,其峰值性能达每秒12.5亿亿次,也因此成为世界首台运行速度超10亿亿次/秒的超级计算机。杨广文曾表示,这台运算最快的超级计算机,性能指标超过第二至第六名5台超级计算机的总和。

有一个更为通俗的类比,神威·太湖之光的速度相当于普通家用电脑的200万倍。

为什么超算会有那么强大的能力?原因其实很简单:每台超级计算机都由大量的计算核心(计算节点)组成,计算处理问题时,这些计算核心团结协作,一起努力工作,这就是所谓的“并行计算”。和人类“人多力量大”“团结就是力量”的道理无甚区别。

相应地,计算机科学家的主要任务,就是将计算数学家给出的算法,写成能在超级计算机上高效执行的并行程序。

这并不简单:正如中科院软件所并行软件与计算科学实验室姚继锋博士所说,写一本小说、抄写生字1万遍、造一辆汽车,等等,设想把这件事情交给1个人做、10个人做、100个人做、1万个人做,将会是什么情形——10个人做,就一定是1个人做的效率的10倍吗?当中有人偷懒不干活儿怎么办,又或者有人生病了该怎么办?

计算机科学家面临的挑战和这个类似,他们需要指挥、协调众多计算核心,让它们齐心协力,不仅要把工作做对,还要做得快、做得好。

2016年11月中旬,在美国举行的全球超级计算大会上,中科院软件研究所研究员杨超等人获得2016年度高性能计算应用最高奖——戈登·贝尔奖。这是近30年来,中国超算应用团队第一次获得这一被誉为“超级计算机应用领域诺贝尔奖”的奖项。当时,包括杨超等在内的计算机科学家所要做的,就是将算法写成可以在计算机上执行的程序。

如今,在今年的大学生超算竞赛上,年轻的参赛选手也将挑战“戈登·贝尔”奖提名的模拟题目,而所用的工具就是神威·太湖之光。杨广文说,在预赛阶段,参赛者就可远程登陆神威·太湖之光,主办方将给每个队提供超过1000核的太湖之光计算资源。

“希望参赛者能够驾驭这台最快的超算。”杨广文说。

 

当超算遇上人工智能:能否让机器接近人类的思考能力

如今最受科技界和产业界青睐的,要属人工智能了。今年年初,机器人AlphaGo在非正式的快棋赛中,连续战胜围棋冠军常昊、周睿羊等多位高手,收获60胜,再次引爆人们对于人工智能的关注。

杨文广告诉记者,随着人工智能越来越热,也越来越离不开大数据分析。目前,人工智能最流行的方法“深度学习”,就是在于建立、模拟人脑进行分析学习的神经网络,使得机器能从大量历史数据中学习规律,从而对新的样本作智能识别或对未来作预测,以达到具有人类一样的思考能力。

不过,要模拟人脑绝非易事,人脑的计算能耗比是超级计算机天河二号的200万倍。相应地,人类大脑大致有1000亿个神经元,每个神经元有大约5000个神经突触。也就是说,要使机器无限接近人类的思考能力意味着要模拟出更多的神经元和神经突触,模拟人脑对计算的要求极高,这就要求必须在强大的超级计算机平台上进行。

王恩东也告诉记者,随着超级计算、大数据、云计算相互融合,以人工智能为代表的智慧计算,将成为未来计算产业里面最重要的组成部分,这将对计算技术带来新的挑战。如今,超算大赛赛题再次设置人工智能,就是希望参赛大学生能够了解掌握最新的人工智能算法、大数据应用和先进计算架构的相关知识和能力。

国际高性能计算咨询委员会亚太区主席刘通告诉记者,超级计算机在“解读”马航数据时,不仅需要一个硬件平台,还需要“懂得航空数据”的软件和人,但在这方面,“相关的软件太少,应用领域的人才缺乏”。

王恩东说,这一次,希望神威·太湖之光这个好鞍,能找到好的千里马来驾驭,“让更多的年轻人能够投入到这个行业中,为国家,为行业储备一批人才”。

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