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暨大问鼎ASC世界超算大赛!清华获亚军,中山再破计算性能纪录

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机器之心Pro 2021-05-13 14:16

机器之心报道

作者:蛋酱

这是自新冠疫情以来首个线下举办的世界级超算大赛,暨南大学成为本场黑马,摘得冠军奖项。

5 月 12 日,在深圳的南方科技大学,世界大学生超级计算机竞赛 ASC20-21 正式落下帷幕。冠军奖项由暨南大学摘得,清华大学获得大赛亚军和 e Prize 计算挑战奖,最高计算性能奖则由中山大学获得。

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ASC 发韧于 2012 年,是由中国发起的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。迄今为止,ASC 竞赛已吸引到全球超过 10000 名年轻人才参与。

自 2020 年 9 月启动报名以来,ASC20-21 竞赛共收到全球 300 多支队伍报名参赛。对于大部分参赛队伍来说,这次比赛都是期待已久的:受到疫情影响,2020 年和 2021 年 ASC 超算竞赛为合并举行。在美国 SC、德国 ISC 均改为线上举行的情况下,ASC20-21 成为了首个重启线下竞赛的国际超算大赛。

考虑到疫情防控,ASC20-21 总决赛开设了现场竞赛和线上竞赛双赛道。5 月 8 日起,进入决赛的 21 支大陆内高校队伍在南方科技大学进行了为期 5 天的面对面现场总决赛,大陆外的 7 支队伍通过线上比赛的方式同期进行总决赛比拼。

现场竞赛队伍包括:北京航空航天大学、暨南大学、青海大学、浙江大学、太原理工大学、中山大学、国防科技大学、北京大学、山东大学、福州大学、山西大学、南方科技大学、电子科技大学、华中科技大学、湖南大学、清华大学、兰州大学、东南大学、上海交通大学、中国科学技术大学、西北工业大学。在线竞赛队伍包括:台湾清华大学、香港中文大学、哥伦比亚 EAFIT 大学、波兰华沙大学、泰国农业大学、澳大利亚蒙纳士大学、俄罗斯乌拉尔联邦大学。

关于竞赛规则,依然不变:各参赛队伍自行设计超算系统,在总功耗 3000W 约束下正确完成各项计算任务。本次总决赛的赛题包括超算基准测试 HPL 和 HPCG、脉冲星搜索 PRESTO、量子计算线路模拟 QuEST、人工智能 NLP 英语考试、 神秘应用跨尺度预报模式 MPAS-A 等。

暨南大学「意外」夺冠,清华大学获亚军

本届大赛汇聚了众多强队,包括在全球三大超算竞赛中荣获上个赛季冠军的队伍:SC20 冠军清华大学、ISC20 冠军中国科学技术大学和 ASC19 冠军台湾清华大学。这是大学生超算竞赛历史上首次实现全球三大赛冠军的同场竞技,因此本次 ASC 总决赛的冠军归属备受关注。

最终,来自广州的暨南大学队凭借优秀、稳定的发挥获得了大赛冠军,成为全场黑马。今年是暨南大学第三次参加 ASC 大赛、第二次进入 ASC 决赛,对于团队成员来说,能够夺冠属于「意料之外」。

谈到为什么能够夺冠,暨南大学团队代表认为,团队在每个单项赛题上并未获得最佳成绩,但总体表现稳定。「由于冠军来得很意外,我们甚至还没有确定奖金的分配计划。」

暨南大学代表队。

而清华大学则同时摘得大赛亚军和 e Prize 计算挑战奖两个奖项。作为 2015年、2018 年 ASC、SC、ISC 三大国际超算比赛的大满贯团队,清华大学在 ASC2019 中惜败于台湾清华大学,今年再次与冠军奖项擦肩而过。

据了解,清华大学团队在前四项赛题得分获得了三项第一、一项第二。在总结比赛经验时,清华大学团队表示,这次主要在人工智能 NLP 赛题上出现了失误。

清华大学代表队。

值得关注的是,这一次的首个正式比赛日,就有 11 支队伍打破了计算性能纪录。中山大学团队设计了「4机8卡」的异构加速超算系统,采用 4 台浪潮 AI 超算服务器 NF5280M6 配置 8 块 NVIDIA A100 加速卡,在3000W功耗约束下,以每秒 79.04 万亿次浮点运算性能的成绩位列 HPL 测试榜首,并获得了最高计算性能奖。该成绩较上届比赛创造的纪录实现了高达 57% 的提升。

中山大学代表队。

此外,本次线上竞赛的冠军由 ASC19 冠军台湾清华大学摘得,由西北工业大学、华中科技大学、清华大学、俄罗斯乌拉尔联邦大学组成的超级团队取得新冠病毒演化预测赛题 VENAS 的最佳成绩。

ASC 竞赛发起人、中国工程院院士王恩东提到:「新冠疫情让我们更加深刻意识到,只有更广泛的跨国跨地区协作与创新,才能更好地应对人类共同面临的重大挑战。超级计算机作为解决重大科学问题的重要工具,将会发挥出越来越大的作用。ASC 竞赛希望通过比赛的形式,让学生们不断扩大技术视野、丰富知识结构、珍视团队精神、强化合作意识,让他们成长为下一代计算科学家。」

最有趣赛题:让 AI 去考「四六级」

在 ASC20-21 总决赛中,有一道赛题让各个团队印象深刻。这道赛题是关于 AI 语言模型:参赛团队需要基于现场公布的 BERT 格式预训练模型尺寸和英语阅读理解考试数据集,去训练 AI 模型,并让其参加一场英语阅读理解「考试」。

在 NLP 领域,纠正语法或词汇错误、批改作文等任务都很常见,但要求现场训练基于 BERT 的模型并参加「四六级」考试就有些难度了,尤其是在时间紧张、功耗约束严格的比赛环境下,而且 BERT 模型的参数量高达数亿。

冠军暨南大学团队表示,虽然在初赛阶段与总决赛阶段的 AI 赛题有共通之处,但变化的部分依然充满挑战,比如从「完形填空」变为了「阅读理解」,要求团队需要重新去思考应对方案。最终,暨南大学团队在 AI 赛题上获得稳定和优异的成绩。

量子计算模拟赛题则要求各参赛队伍在经典超级计算机上使用 QuEST 软件,模拟多种不同的量子算法来解决实际的应用问题。量子模拟可为人类在真正的量子计算机出现之前研究量子算法提供一个可靠的平台,对于研究新的算法和体系结构至关重要。

本次 ASC20-21 的 e Prize 计算挑战奖指定赛题是脉冲星搜索软件 PRESTO 优化,参赛队伍需要使用「中国天眼」FAST 的实际观测数据来完成脉冲星搜索全部过程,PRESTO 是脉冲星搜索的核心工具软件之一。

挑战脉冲星搜索的团队主要会面临两大困难:观测数据量巨大,并且数据中存在大量干扰信号。在双星系统中,由于互相绕转存在轨道,导致它们的自转频率和周期一直是变化的。为了得到正确的结果,参赛队员们需要计算信号频率的二阶导数,这使得搜索过程的计算量增加了 5 倍以上。

最终,清华大学团队顺利完成该题目所有测试数据处理,获得了最高分,成功拿下了 e Prize 计算挑战奖。

清华大学和脉冲星搜索赛题实际上颇有渊源,「中国天眼」的总工程师南仁东先生,正是清华大学无线电系 1963 级校友。清华大学团队成员表示,能够拿下这个奖项与团队前期的大量、细致的准备工作是分不开的:「如果我们能用高性能计算知识为 FAST、中国天文发展做点贡献,是非常有意义的。」

一直以来,ASC 通过竞赛实现与国际大科学问题的结合,为参赛队员创造了更多与国际大科学工程近距离接触的机会。对于参赛队员来说,也能在比赛的过程中获得更多的交流学习机会。

这次来参赛的团队中,不仅包括计算机专业的学生,还有来自航空航天等专业的成员。全球超级计算机排行榜 TOP500 发起人、美国工程院院士、橡树岭国家实验室及田纳西大学教授 Jack Dongarra 也在致辞中对这些年轻的超算人才寄予厚望:「实际上计算科学是数学、计算机科学和各种应用的融合,希望参赛团队充分体会这种融合,成长为下一代高性能计算科学家和工程师。」

ASC20-21 完整获奖名单如下:

现场竞赛

冠军

暨南大学

亚军

清华大学

超级团队奖

西北工业大学、华中科技大学、清华大学、俄罗斯乌拉尔联邦大学

e Prize 计算挑战奖

清华大学

最高计算性能奖

中山大学

应用创新奖

北京航空航天大学、山西大学、清华大学

最佳人气奖

兰州大学

一等奖

中山大学、北京大学、南方科技大学、华中科技大学、山西大学、西北工业大学、上海交通大学、北京航空航天大学、山东大学、国防科技大学、青海大学、电子科技大学、浙江大学、中国科学技术大学、东南大学、福州大学、兰州大学、太原理工大学、湖南大学

线上竞赛:

冠军

台湾清华大学

应用创新奖

哥伦比亚 EAFIT 大学、香港中文大学、波兰华沙大学、澳大利亚蒙纳士大学

最佳人气奖

哥伦比亚 EAFIT 大学

一等奖

波兰华沙大学、哥伦比亚 EAFIT 大学、泰国农业大学、香港中文大学、俄罗斯乌拉尔联邦大学、澳大利亚蒙纳士大学

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