ASC世界大学生超级计算机竞赛跨国组合赢得首个超级团队

4月25日,2019 ASC世界大学生超级计算机竞赛(ASC19)在大连理工大学落下帷幕,台湾清华大学与清华大学分获冠亚军。除了冠亚军,最高计算性能奖、e Prize计算挑战奖以及首次设置的团队竞赛奖也备受瞩目。围绕这三大单奖项,20强队伍在正式比赛首日展开了激烈的比拼。最终,北京航空航天大学在HPL基准测试赛题中创下3000W功耗约束下每秒50.21万亿次浮点运算性能的惊人佳绩,较去年纪录42.99万亿次/秒提升了17%;中山大学在地球气候模式CESM赛题中表现出色,成绩领先;由中山大学、太原理工大学、香港中文大学和德国埃尔朗根-纽伦堡大学组成的团队,成为ASC历史上首个超级团队对抗赛优胜者。

北航HPL浮点性能突破50万亿次

HPL是国际最通用的超级计算机浮点性能基准测试程序,是全球超算TOP500排行的重要依据。ASC竞赛的HPL计算性能测试有严格的规定,要求各参赛队伍在总功耗3000W的限制下,采用组委会统一提供的超算节点、高速网络和自行配置加速卡等设备,完成超算系统构建。

北京航空航天大学代表队设计了"3机12卡"的异构超算系统,共采用3台浪潮AI超算服务器NF5280M5配置NVIDIA Tesla系列的12块V100加速卡,通过精细的控制优化,在3000W功耗约束下实现整体系统50.21万亿次/秒的持续浮点运算性能,同时也首次将ASC竞赛的HPL性能提升到50万亿次级别。初次入围总决赛的超级新秀暨南大学紧随及后,以39.68万亿次/秒的成绩位列第二。而台湾清华大学、清华大学、大连理工大学等多只队伍也表现出色,浮点运算性能均超过每秒30万亿次。

在功耗限定的条件下实现尽可能高的计算性能,ASC竞赛的HPL测试本身就是一道挑战极限的赛题,极为考验队伍的临场发挥能力。6次带队参加ASC竞赛的北京航空航天大学代表队指导老师杨海龙对此深有体会,他认为即便赛前准备的再充分,ASC竞赛仍然充满了不确定性,“参赛的都是本科生,极少有人能在这个阶段接触到超级计算机,更别提要自己设计一个方案并且在现场搭建超算系统,这个过程中一定会碰到很多从未遇到的问题,因此应对和解决突发问题的能力对每位队员都很重要。而参加ASC竞赛实际上是一个理论与实践结合、知识到能力转化的过程,对学生的未来职业发展具有很高的价值。”

在HPCG基准测试中,台湾清华大学以2004.96 GFlops的优异成绩排名第一,北京航空航天大学和北京大学紧随其后,以1529.20 GFlops和1483.70 GFlops的成绩分列二、三名。HPCG又称高性能共轭梯度基准测试,目前已成为高性能HPL基准测试的补充,用于全球TOP500超算排名。与HPL相比,HPCG更贴合超算实际应用的特点,旨在实现与不同领域的HPC应用更紧密匹配的计算和数据访问模式,并激励超算系统设计人员不断提升应用程序的实际性能。

中山大学地球系统模式CESM取得领先

作为ASC19 的“e Prize计算挑战奖”指定赛题,地球系统模式CESM是当今国际上应用最为广泛的气候模型,同时也是联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)撰写第五和第六次评估报告所使用的主要气候模型之一。CESM是一个完全耦合的气候模型,包括了大气、陆地、海洋、海冰、陆冰等几大模块,利用物理、化学、流体力学等方程式,外加由实际观测得到的气候场资料作为起始状态,最终在超级计算机上再现气候变化的过程。

CESM赛题对于计算性能的挑战十分巨大,要求所有队伍在限定时间内完成数年内CAM4、CAM5两个大气模式的计算,以及在二氧化碳浓度翻倍的条件下CESM的全模式计算,这需要各支队伍对CESM进行深入了解并予以优化,才能在确保精度的前提下尽量缩短计算时间。最终,中山大学在通过对CESM的良好优化,取得了最好成绩。

作为CESM赛题的提供方,中国科学院大气物理研究所所长助理、LASG国家重点实验室副主任周天军表示:“CESM赛题一方面会让大学生们接触到目前国际上最前沿的气候变化科学工程,另一方面决赛中特别设置的二氧化碳浓度变化运算,也会让每个人切身感受到因碳排放量增加引发的全球变暖,将对人类生存环境带来哪些巨大影响,进而建立更好的环保意识。”

首个超级团队对抗赛优胜者诞生

由中山大学、太原理工大学、香港中文大学和德国埃尔朗根-纽伦堡大学组成的团队,成为ASC历史上首个超级团队对抗赛优胜者。

超级团队对抗赛是ASC首次设立的一个独立竞赛项目,20强队伍通过抽签的方式组成5个超级团队,以跨团队合作的形式共同完成了超级赛题“Fluidity”的挑战。Fluidity 是一款开源、通用、多相计算流体动力学软件,广泛应用在许多不同的科学领域,如地球物理流体动力学、计算流体动力学、海洋建模和地幔对流等等,其基于有限元/控制体积法,能够解决网格的任意移动和网格分辨率随时间的变化而变化的问题。Fluidity使用MPI并行化,能够扩展到数千个处理器。

“在实际科研工作中,跨团队合作是十分常见的形式,特别在国际科学工程项目中更是如此,这是我们设置超级团队对抗赛的初衷,希望能够借助这种新颖的竞赛形式促使大学生们进行深入合作,共同完成竞赛项目。”ASC19组委会委员刘军介绍说:“之所以选择Fluidity作为赛题,原因在于目前流体力学对于高端制造业的发展非常重要,如在航空航天、汽车、船舶和海洋工程领域等,我们希望同学们的创新思维给HPC在制造业的应用带来一些新启示。”