暨南大學首次問鼎ASC世界超算大賽！清華獲亞軍，中山大學再破計算效能紀錄
機器之心發表於2021-05-13
這是自新冠疫情以來首個線下舉辦的世界級超算大賽，暨南大學成為本場黑馬，摘得冠軍獎項。
5 月 12 日，在深圳的南方科技大學，世界大學生超級計算機競賽 ASC20-21 正式落下帷幕。冠軍獎項由暨南大學摘得，清華大學獲得大賽亞軍和 e Prize 計算挑戰獎，最高計算效能獎則由中山大學獲得。
ASC 發韌於 2012 年，是由中國發起的世界最大規模的大學生超算競賽，與美國 SC、德國 ISC 並稱為全球三大超算競賽。迄今為止，ASC 競賽已吸引到全球超過 10000 名年輕人才參與。自 2020 年 9 月啟動報名以來，ASC20-21 競賽共收到全球 300 多支隊伍報名參賽。對於大部分參賽隊伍來說，這次比賽都是期待已久的：受到疫情影響，2020 年和 2021 年 ASC 超算競賽為合併舉行。在美國 SC、德國 ISC 均改為線上舉行的情況下，ASC20-21 成為了首個重啟線下競賽的國際超算大賽。考慮到疫情防控，ASC20-21 總決賽開設了現場競賽和線上競賽雙賽道。5 月 8 日起，進入決賽的 21 支大陸內高校隊伍在南方科技大學進行了為期 5 天的面對面現場總決賽，大陸外的 7 支隊伍透過線上比賽的方式同期進行總決賽比拼。
現場競賽隊伍包括：北京航空航天大學、暨南大學、青海大學、浙江大學、太原理工大學、中山大學、國防科技大學、北京大學、山東大學、福州大學、山西大學、南方科技大學、電子科技大學、華中科技大學、湖南大學、清華大學、蘭州大學、東南大學、上海交通大學、中國科學技術大學、西北工業大學。線上競賽隊伍包括：臺灣清華大學、香港中文大學、哥倫比亞 EAFIT 大學、波蘭華沙大學、泰國農業大學、澳大利亞蒙納士大學、俄羅斯烏拉爾聯邦大學。關於競賽規則，依然不變：各參賽隊伍自行設計超算系統，在總功耗 3000W 約束下正確完成各項計算任務。本次總決賽的賽題包括超算基準測試 HPL 和 HPCG、脈衝星搜尋 PRESTO、量子計算線路模擬 QuEST、人工智慧 NLP 英語考試、 神秘應用跨尺度預報模式 MPAS-A 等。 本屆大賽匯聚了眾多強隊，包括在全球三大超算競賽中榮獲上個賽季冠軍的隊伍：SC20 冠軍清華大學、ISC20 冠軍中國科學技術大學和 ASC19 冠軍臺灣清華大學。這是大學生超算競賽歷史上首次實現全球三大賽冠軍的同場競技，因此本次 ASC 總決賽的冠軍歸屬備受關注。最終，來自廣州的暨南大學隊憑藉優秀、穩定的發揮獲得了大賽冠軍，成為全場黑馬。今年是暨南大學第三次參加 ASC 大賽、第二次進入 ASC 決賽，對於團隊成員來說，能夠奪冠屬於「意料之外」。談到為什麼能夠奪冠，暨南大學團隊代表認為，團隊在每個單項賽題上並未獲得最佳成績，但總體表現穩定。「由於冠軍來得很意外，我們甚至還沒有確定獎金的分配計劃。」
而清華大學則同時摘得大賽亞軍和 e Prize 計算挑戰獎兩個獎項。作為 2015年、2018 年 ASC、SC、ISC 三大國際超算比賽的大滿貫團隊，清華大學在 ASC2019 中惜敗於臺灣清華大學，今年再次與冠軍獎項擦肩而過。據瞭解，清華大學團隊在前四項賽題得分獲得了三項第一、一項第二。在總結比賽經驗時，清華大學團隊表示，這次主要在人工智慧 NLP 賽題上出現了失誤。
值得關注的是，這一次的首個正式比賽日，就有 11 支隊伍打破了計算效能紀錄。中山大學團隊設計了「4機8卡」的異構加速超算系統，採用 4 臺浪潮 AI 超算伺服器 NF5280M6 配置 8 塊 NVIDIA A100 加速卡，在3000W功耗約束下，以每秒 79.04 萬億次浮點運算效能的成績位列 HPL 測試榜首，並獲得了最高計算效能獎。該成績較上屆比賽創造的紀錄實現了高達 57% 的提升。
此外，本次線上競賽的冠軍由 ASC19 冠軍臺灣清華大學摘得，由西北工業大學、華中科技大學、清華大學、俄羅斯烏拉爾聯邦大學組成的超級團隊取得新冠病毒演化預測賽題 VENAS 的最佳成績。ASC 競賽發起人、中國工程院院士王恩東提到：「新冠疫情讓我們更加深刻意識到，只有更廣泛的跨國跨地區協作與創新，才能更好地應對人類共同面臨的重大挑戰。超級計算機作為解決重大科學問題的重要工具，將會發揮出越來越大的作用。ASC 競賽希望透過比賽的形式，讓學生們不斷擴大技術視野、豐富知識結構、珍視團隊精神、強化合作意識，讓他們成長為下一代計算科學家。」在 ASC20-21 總決賽中，有一道賽題讓各個團隊印象深刻。這道賽題是關於 AI 語言模型：參賽團隊需要基於現場公佈的 BERT 格式預訓練模型尺寸和英語閱讀理解考試資料集，去訓練 AI 模型，並讓其參加一場英語閱讀理解「考試」。在 NLP 領域，糾正語法或詞彙錯誤、批改作文等任務都很常見，但要求現場訓練基於 BERT 的模型並參加「四六級」考試就有些難度了，尤其是在時間緊張、功耗約束嚴格的比賽環境下，而且 BERT 模型的引數量高達數億。冠軍暨南大學團隊表示，雖然在初賽階段與總決賽階段的 AI 賽題有共通之處，但變化的部分依然充滿挑戰，比如從「完形填空」變為了「閱讀理解」，要求團隊需要重新去思考應對方案。最終，暨南大學團隊在 AI 賽題上獲得穩定和優異的成績。量子計算模擬賽題則要求各參賽隊伍在經典超級計算機上使用 QuEST 軟體，模擬多種不同的量子演算法來解決實際的應用問題。量子模擬可為人類在真正的量子計算機出現之前研究量子演算法提供一個可靠的平臺，對於研究新的演算法和體系結構至關重要。本次 ASC20-21 的 e Prize 計算挑戰獎指定賽題是脈衝星搜尋軟體 PRESTO 最佳化，參賽隊伍需要使用「中國天眼」FAST 的實際觀測資料來完成脈衝星搜尋全部過程，PRESTO 是脈衝星搜尋的核心工具軟體之一。挑戰脈衝星搜尋的團隊主要會面臨兩大困難：觀測資料量巨大，並且資料中存在大量干擾訊號。在雙星系統中，由於互相繞轉存在軌道，導致它們的自轉頻率和週期一直是變化的。為了得到正確的結果，參賽隊員們需要計算訊號頻率的二階導數，這使得搜尋過程的計算量增加了 5 倍以上。最終，清華大學團隊順利完成該題目所有測試資料處理，獲得了最高分，成功拿下了 e Prize 計算挑戰獎。清華大學和脈衝星搜尋賽題實際上頗有淵源，「中國天眼」的總工程師南仁東先生，正是清華大學無線電系 1963 級校友。清華大學團隊成員表示，能夠拿下這個獎項與團隊前期的大量、細緻的準備工作是分不開的：「如果我們能用高效能運算知識為 FAST、中國天文發展做點貢獻，是非常有意義的。」一直以來，ASC 透過競賽實現與國際大科學問題的結合，為參賽隊員創造了更多與國際大科學工程近距離接觸的機會。對於參賽隊員來說，也能在比賽的過程中獲得更多的交流學習機會。這次來參賽的團隊中，不僅包括計算機專業的學生，還有來自航空航天等專業的成員。全球超級計算機排行榜 TOP500 發起人、美國工程院院士、橡樹嶺國家實驗室及田納西大學教授 Jack Dongarra 也在致辭中對這些年輕的超算人才寄予厚望：「實際上計算科學是數學、電腦科學和各種應用的融合，希望參賽團隊充分體會這種融合，成長為下一代高效能運算科學家和工程師。」西北工業大學、華中科技大學、清華大學、俄羅斯烏拉爾聯邦大學中山大學、北京大學、南方科技大學、華中科技大學、山西大學、西北工業大學、上海交通大學、北京航空航天大學、山東大學、國防科技大學、青海大學、電子科技大學、浙江大學、中國科學技術大學、東南大學、福州大學、蘭州大學、太原理工大學、湖南大學哥倫比亞 EAFIT 大學、香港中文大學、波蘭華沙大學、澳大利亞蒙納士大學波蘭華沙大學、哥倫比亞 EAFIT 大學、泰國農業大學、香港中文大學、俄羅斯烏拉爾聯邦大學、澳大利亞蒙納士大學