我国超算算力仅次于美国,北大问鼎世界最大大学生超算竞赛

导读: 在AI大模型的时代,超级计算机们堪称“算力之王”,地表最快的超算每秒钟可运算超过100亿亿次。根据世界超算500强排名情况,图灵奖获得者、田纳西大学杰出教授杰克・唐加拉日前

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在AI大模型的时代,超级计算机们堪称“算力之王”,地表最快的超算每秒钟可运算超过100亿亿次。根据世界超算500强排名情况,图灵奖获得者、田纳西大学杰出教授杰克・唐加拉日前在沪透露,按2023年榜单,美国上榜系统达161台,中国系统达104台,其后是德国36台、日本32台、法国23台、英国15台、意大利12台、加拿大10台、俄罗斯7台,等等。可见,中美两国超算算力占前500名系统的半数以上,中国仅次于美国。

作为世界大学生超级计算机竞赛(ASC)专家委员会主席,杰克・唐加拉见证了为期5天在上海大学进行的2024ASC总决赛,这一世界最大规模的大学生超算竞赛与美国SC、德国ISC并称为全球三大超算竞赛。最终,通过从火星大气模拟到地震波模拟等赛题的破解,北京大学从25支海内外参赛队中脱颖而出,问鼎总冠军。

计算性能10年间翻了50倍

在世界超算500强中,我国最快超算也曾领跑世界,近日国家超算互联网平台在天津上线,联合体成员达128家。而截至2023年11月,美国仍占据500强前十位系统中的6席。榜首最快的Frontier机型,是位于美国田纳西州的橡树岭国家实验室超级计算机。它是全球第一台百亿亿次级的计算机,每瓦浮点运算能力达到522.3亿亿次,而能耗同样也是排行榜中最优秀的。

各国超算提速极快、入围门槛不断抬升,位于上海超级计算中心的“魔方”系列超算系统曾做到“亚洲最快”;作为ASC24东道主的上海大学,也曾开发出“自强”系列超算系统,跻身世界500强之列。上海大学校长、中国科学院院士刘昌胜在赛事中表示,目前上大启动“神算子”计划,建设基础平台,正自研“自强5000”超算系统,预期三年内完成开发。

算力是人工智能的主引擎,而对现有系统的优化也是原始算力提升、实现最高性能的捷径。从2017年到2022年,全球算力提升超过了300%。而未来5年,全球算力的增长还将超50%。值得一提的是,对比世界大学生超级计算机竞赛2012年与2023年的最高性能奖成绩,10年间翻了50倍。而2012年排名世界第一的超算机——美国利弗莫尔实验室的“红衫”,与2023年橡树岭的这台Frontier相比,短短几年也翻了50倍。可见,大学生做到的性能优化跟TOP1计算机发展速度是一致的。

世界大学生超级计算机竞赛办事十多年来,迄今吸引来自全球六大洲的上万名大学生报名参赛。今年ASC24超算大赛历时近半年,全球共有300余支高校代表队报名参加,经过预赛选拔出的25支队伍晋级上大的总决赛,现场决赛队伍数量也创下历年之最。决赛要求各参赛队伍在3000瓦功耗约束下设计安装小型超算集群,运行优化国际通行基准测试HPL&HPCG、大模型推理优化、渗流数值模拟、火星大气模拟、新型材料结构计算等前沿科学与工程应用,并参加英文答辩。总决赛期间,25支队伍还通过抽签分为5组完成超级团队赛,通过跨团队合作,共同挑战地震波模拟赛题。

模拟火星登陆最佳时空

赛题中,由中国科学院大气物理研究所支持的“火星大气模拟GoMars”,是一道太空探索计算难题。GoMars这个为火星设计的新型全球开放行星大气模型,能够模拟火星气象条件,对登陆行动至关重要。这颗红色星球会周期性出现全球性沙尘暴,而火星探测器着陆或上升系统对大气中风、密度或温度因素非常敏感。通过数值建模,人类需要模拟火星地表温度、环流、沙尘、极区干冰等,发现火星的大气变化规律,进而做出天气预报,为火星探测器的发射时间和着陆地点选择提供支撑。

赛题对行星科学、计算流体力学、计算机等综合学科方面提出能力要求,参赛学生基于这一动力框架,通过优化并行通信和提高计算负载均衡,尽可能提升程序运行效率,以实现对火星大气状态更加精细、高效的求解预测,为火星探测任务的顺利实施打下基础。中国计划实施“天问三号”探测任务,将完成人类第一次火星采样返回,这一过程比“天问一号”任务更加复杂。而模式分辨率越高、物理过程越精细、模式积分计算量越大,对计算能力要求就越高,正需要超算进行模拟和预测。

记者了解到,除北大问鼎外,中山大学代表队在渗流数值模拟、火星大气模拟、HPL&HPCG等多个赛题中都取得优异成绩,获得亚军。而由上海大学、南方科技大学、齐鲁工业大学、西南石油大学、香港理工大学等队组成的超级团队,对地震波模拟赛题实现了高效优化,获得了超级团队奖。此外,浙江大学代表队获得了最高计算性能奖。

杰克・唐加拉教授认为,ASC赛事激励下一代的高性能计算科学家和工程师们,使用最尖端的技术提供创新的解决方案,致力于培养下一代青年人才在超算和人工智能领域探索、创新和合作。刘昌胜院士表示,希望能够搭建更加广阔的超算技术交流舞台,不断推动超级计算技术发展,赋能人工智能 教育的AI for Education新范式,为科研创新、社会进步和人才培养做出更大贡献。

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