日前，在ASC2020-2021世界大學生超級計算機競賽（ASC Student Supercomputer Challenge，簡稱ASC超算競賽）總決賽中，電子科技大學來自計算機學院、軟體學院、電子學院的5名同學組成的參賽隊伍“AscHub”在計算機學院盧國明副教授的指導下，斬獲了一等獎。
此次比賽吸引了全球300餘支隊伍近2000人參加，其中來自清華大學、北京大學、電子科技大學等28支隊伍入圍總決賽。他們為何能在高手如雲的比賽中脫穎而出，勇奪一等獎，讓我們一起來看看背後的故事！
揭開“超算”的神秘面紗
什麼是“超算”？顧名思義就是“超級計算”。最初它被稱為“平行計算”，後來也叫“高效能計算”，現在逐漸被稱為“超算”。超算可以解決的問題非常多，比如天氣預報、氣候模擬、藥物合成、 反應堆模擬等。此外，面對當下肆虐全球的新冠病毒疫情，超算也能大顯身手，它可以透過計算機數值模擬進行篩選出小分子藥物作為候選藥物進行實驗驗證，從而有效加速新冠藥物的研究程序。
目前全球主要有三項大學生超算競賽，其中美國SC超算競賽歷史最悠久，首屆比賽於2007年舉辦，此後每年11月在舉辦。ISC超算競賽每年6月在德國舉辦。ASC超算競賽創辦於2012年，由中國倡導成立，與海外的一些超算專家和機構共同發起並組織。
今年成電參賽的超算團隊由來自計算機學院凝聚工作室的五名成員構成：2019級的初暢和劉義武，2018級的許文傑、黃啟新、吳泳帥，其中初暢擔任隊長。
揚長避短，穩中有進
受疫情影響，團隊打了一場跨度兩年的“持久戰”——本應於2020年舉辦的ASC超算競賽推遲到2021年。正常情況下，2019年底預賽題目釋出後，2020年3月份各參賽隊伍會將各自的結果發給組委會，隨後組委會將選出最好的20名左右的國內隊伍以及其他一些國外的參賽隊伍進入決賽，5月份就會舉行線下的現場競賽，進入決賽的隊伍會在現場競賽根據組委會提供的統一裝置執行各自的程式碼，最後決出總冠軍、最高計算機效能獎、超級團隊獎等各類獎項。但因為疫情，決賽推遲到了2021年5月份。一年時間的推遲導致參賽團隊的成員不得不有所變動。但好在凝聚工作室內的同學大多彼此瞭解且能力很強，簡單的人員調整並沒有給團隊在比賽中的發揮造成影響。
在平時訓練的過程中，團隊的成員們面臨著專業課程學習和比賽訓練時間分配上的衝突。為此，他們儘可能提升學習的效率，充分抓住週末時間開展針對性訓練。訓練的內容包括了演算法的積累、測試，根據給定的題目具體分析和實現。除此之外，他們還會定期一起做賽題研討和分享。
充足的準備讓團隊在預賽中獲得了出色的成績，成功進入到決賽。現場比賽共持續了四天時間。由於有兩道新題於比賽現場才揭曉，加上環境的安裝調配、程式設計、除錯和基準程式的測試等諸多流程，整場比賽的時間非常緊湊。“每名隊員都是‘滿功率執行’，比如劉義武和許文傑兩人負責安裝的時候，其他隊員就在苦思冥想如何‘破解’新的賽題。”
“新冠病毒變種的鹼基序列分析”是在決賽現場才揭曉的一道新的賽題。透過對比分析不同新冠病毒變種之間的鹼基序列，進而找出在病毒變異過程中起“關鍵作用”的變種，這樣有利於科研人員開發針對病毒的藥物。“這道題的演算法已經在論文中給出，我們要做的是最佳化，讓演算法在計算機中執行地更快。”初暢說。
另一道新題為“跨尺度天氣預報模式MPAS-Atmosphere”，由劉義武同學負責。演算法利用過去幾天的氣溫資料預測未來一天或者兩天的氣溫。“這道題的程式除錯量非常大，同時相似度匹配的演算法要移植到平行計算的GPU上是比較困難的。所以這道題是我們認為全場比賽中最難的題目。”初暢說。
在實際比賽過程中，還出現了各種意外的問題。“比賽用的A100計算卡，和平時訓練用的K80卡在引數上有許多區別，我們以前從沒有接觸過，只能當場熟悉。”在後兩天的實際執行中，團隊也面臨著對功率估計不準確的問題。比賽中的限制功率為3000W，如果超過了這個限制功率，即使程式正確跑出了結果，也不會獲得計分。為此，他們只能不斷調整引數並重新執行，這樣反反覆覆多遍，直到滿足限制功率為止。
競賽場上高手如雲，團隊一路“過關斬將”，最終獲得了一等獎的好成績。談到我校超算競賽的“過關秘訣”，團隊的指導老師盧國明表示，超算競賽全面考驗隊員們包括專業能力、團隊協作等多方面的綜合能力，超算隊多年的經驗積累為同學們提供了幫助。早在2018年，盧老師就帶隊參加ASC超算競賽，當時拿到了二等獎，2019年充分準備後再次參賽，榮獲一等獎。今年比賽中同樣斬獲一等獎，和2019年相比名次前進了幾名，整體上穩中有進。
軟硬結合，獲益顯著
超算作為一門多學科融合的應用型科學，帶給學生的益處是相當大的。首先，超算競賽考察學生的“軟硬結合”能力，這需要隊員不僅僅對演算法要熟悉，更要對計算機系統結構底層軟體熟悉。只有對計算機的演算法、編譯和硬體等都有了深入理解，才能在多個層次上做充分最佳化，將計算機的效能進一步推向極致。
另外，超算始終站在“跨學科”的角度，瞄向“應用”的目標。競賽的賽題與實際問題結合緊密，涉及生命科學、材料科學、大氣模擬、能源探測等多個領域，且每年涉及的領域都在變化。隊員們除了必須具備紮實的計算機知識之外，還要保持對新知識的持續輸入、對新領域的探索熱情。“對相關領域不熟悉是比賽中的一個挑戰。比如做藥物篩選的最佳化賽題，有時僅僅為了弄懂程式輸入的含義，我們就得檢視很多文件。但當‘撥雲見日’，一直深入到底層的計算後，就是我們計算機人大展身手的時刻了。”
在團隊協作方面，隊員們也獲得了鍛鍊。五人一支的隊伍展示出過人的配合和默契，為斬獲一等獎奠定了堅實基礎。“我們每人主要負責一道題，分工明確，各取所長，每名成員將自己的長處充分發揮。工作室豐富的團建活動也增進了我們之間的交流。”初暢說。
盧國明老師說，學校都非常重視超算競賽，已將競賽列入教務處專項支援計劃。“學校對超算競賽提供經費上的大力支援。未來還有新建超算中心的規劃，相信有了硬體上的強力支援後，勢必會進一步提升我校在超算競賽的實力。”
來源：電子科技大學
