【美丽成电·奋斗之美】优秀!ASC世界大学生超算竞赛一等奖背后的故事

文:学生记者团 赵海玲 陈思芹 / 来源:新闻中心 / 2021-09-12 / 点击量:533

日前,在ASC2020-2021世界大学生超级计算机竞赛(ASC Student Supercomputer Challenge,简称ASC超算竞赛)总决赛中,我校来自电子、计算机、软件学院的5名同学组成的参赛队伍“AscHub”在计算机学院卢国明副教授的指导下,斩获了一等奖。

image.png

ASC超算竞赛获奖证书

此次比赛吸引了全球300余支队伍近2000人参加,其中来自清华大学、北京大学等28支队伍入围总决赛。我校参赛队伍为何能在高手如云的比赛中脱颖而出,勇夺一等奖,让我们一起来看看背后的故事!

介绍:揭开“超算”的神秘面纱

什么是“超算”?顾名思义就是“超级计算”。最初它被称为“并行计算”,后来也叫“高性能计算”,现在逐渐被称为“超算”。超算可以解决的问题非常多,比如天气预报、气候仿真、药物合成、反应堆模拟等。此外,面对当下肆虐全球的新冠病毒疫情,超算也能大显身手,它可以通过计算机数值模拟筛选出小分子药物作为候选药物进行实验验证,从而有效加速新冠药物的研究进程。

目前全球主要有三项大学生超算竞赛,其中美国SC超算竞赛历史最悠久,首届比赛于2007年举办,此后每年11月在举办。ISC超算竞赛每年6月在德国举办。ASC超算竞赛创办于2012年,由中国倡导成立,与海外的一些超算专家和机构共同发起并组织。

今年成电参加ISC超算竞赛的团队由来自凝聚工作室的五名成员构成:2019级的初畅和刘义武,2018级的许文杰、黄启新、吴泳帅,其中初畅担任队长。

微信图片_20210518115133.png

过程:扬长避短,稳中有进

受疫情影响,团队打了一场跨度两年的“持久战”——本应于2020年举办的ASC超算竞赛推迟到2021年。正常情况下,2019年底预赛题目发布后,2020年3月份各参赛队伍会将各自的结果发给组委会,随后组委会将选出成绩最好的20名左右的国内队伍以及其他一些国外的参赛队伍进入决赛。5月份会举行线下决赛,参赛队伍在现场根据组委会提供的统一设备运行各自的代码,最后决出总冠军、最高计算机性能奖、超级团队奖等各类奖项。但因为疫情,此次决赛推迟到了2021年5月份。一年时间的推迟导致参赛团队的成员不得不有所变动。但好在凝聚工作室内的同学大多彼此了解且能力很强,简单的人员调整并没有给团队在比赛中的发挥造成影响。

在平时训练的过程中,团队成员们面临着专业课程学习和比赛训练时间分配上的冲突。为此,他们尽可能地提升学习效率,充分抓住周末时间开展针对性训练。训练的内容包括算法积累、测试,根据给定的题目具体分析和实现。除此之外,他们还会定期一起做赛题研讨和分享。

充足的准备让团队在预赛中获得了出色的成绩,成功进入到决赛。决赛共持续了四天时间。由于有两道新题于比赛现场才揭晓,加上环境的安装调配、编程、调试和基准程序的测试等诸多流程,整场比赛的时间非常紧凑。每名队员都是“满功率运行”,比如刘义武和许文杰两人负责安装的时候,其他队员就在苦思冥想如何‘破解’新的赛题。

“新冠病毒变种的碱基序列分析”是在决赛现场才揭晓的一道新的赛题。通过对比分析不同新冠病毒变种之间的碱基序列,进而找出在病毒变异过程中起“关键作用”的变种。“这道题的算法已经在论文中给出,我们要做的是优化,让算法在计算机中运行得更快。”初畅说。

另一道新题为“跨尺度天气预报模式MPAS-Atmosphere”,由刘义武负责。算法利用过去几天的气温数据预测未来一天或者两天的气温。“这道题的程序调试量非常大,同时相似度匹配的算法要移植到并行计算的GPU上是比较困难的。所以这道题是我们认为全场比赛中最难的题目。”初畅说。

image.png

竞赛现场

在实际比赛过程中,还出现了各种意料之外的问题。初畅说,“比赛用的A100计算卡,和平时训练用的K80卡在参数上有许多区别,我们以前从来没有接触过,只能当场熟悉。”在后两天的实际运行中,团队也面临着对功率估计不准确的问题。比赛中的限制功率为3000W,如果超过了这个限制功率,即使程序跑出了正确的结果,也不会获得计分。为此,他们只能不断调整参数并重新运行,这样反反复复多遍,直到满足限制功率为止。

竞赛场上高手如云,团队一路“过关斩将”,最终获得了一等奖的好成绩。谈到我校超算竞赛的“过关秘诀”,团队的指导老师卢国明表示,超算竞赛全面考验队员们的能力,既包括专业能力,也包括团队协作能力,超算队近年来的经验积累为同学们提供了帮助。早在2018年,卢老师就带队参加ASC超算竞赛,当时拿到了二等奖,2019年充分准备后再次参赛,荣获一等奖。今年比赛中同样斩获一等奖,和2019年相比名次前进了几名,整体上稳中有进。

image.png

ASC20-21超算竞赛颁奖现场

结果:软硬结合,获益显著

超算作为一门多学科融合的应用型科学,带给学生的益处是相当大的。首先,超算竞赛考察学生的“软硬结合”能力,这需要队员不仅仅对算法要熟悉,更要对计算机系统结构、底层软件熟悉。只有对计算机的算法、编译和硬件等都有了深入理解,才能在多个层次上做充分优化,将计算机的性能进一步推向极致。

另外,超算始终站在“跨学科”的角度,瞄向“应用”的目标。竞赛的赛题与实际问题结合紧密,涉及生命科学、材料科学、大气仿真、能源探测等多个领域,且每年涉及的领域都在变化。队员们除了必须具备扎实的计算机知识之外,还要保持对新知识的持续输入、对新领域的探索热情。“对相关领域不熟悉是比赛中的一个挑战。比如做药物筛选的优化赛题,有时仅仅为了弄懂程序输入的含义,我们就得查看很多文档。但当‘拨云见日’,一直深入到底层的计算后,就是我们计算机人大展身手的时刻了。”初畅说。

在团队协作方面,队员们也获得了锻炼。五人一支的队伍展示出过人的配合和默契,为斩获一等奖奠定了坚实基础。初畅说,“我们每人主要负责一道题,分工明确,各取所长,每名成员将自己的长处充分发挥。工作室丰富的团建活动也增进了我们之间的交流。”

卢国明老师说,学校非常重视超算竞赛,已将竞赛列入教务处专项支持计划。“学校对超算竞赛提供经费上的大力支持。未来我校还有新建超算中心的规划,相信有了硬件上的强力支持后,势必会进一步提升我校在超算领域的实力。”


编辑:何乔  / 审核:何乔  / 发布者:陈伟