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年輕人向世界最快超級計算機發起挑戰——超一流計算機能否做出超一流應用

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2016年11月16日,在第三屆世界互聯網大會“世界互聯網領先科技成果發布活動”記者見面會上,“神威·太湖之光”超級計算機亮相。視覺中國供圖

2月16日,2017年世界大學生超級計算機競賽開幕,這是一個堪稱國際頂尖水平的賽事。從參賽人數來看,來自中國、美國、英國、德國、印度、俄羅斯等15個國家和地區230支高校參賽,是國際同類賽事之最。

開幕式上,國家863計劃“高性能計算機及應用服務環境”重大項目總體專家組組長、北京航空航天大學教授錢德沛作為受邀嘉賓,在致辭中向與會專家和年輕參賽選手潑了一盆冷水:“今天的神威·太湖之光,作為世界上最快的超算,是基于我們自己的眾核處理器來實現的,那么我們的軟件怎么辦,系統軟件,工具軟件、應用軟件?這些是否也能跟上步伐?”

換言之,我們有了超一流的硬件,可是我們的軟件、應用呢?

這道出了大賽舉辦的初衷,正如大賽發起人、中國工程院院士、浪潮集團首席科學家王恩東所說,讓年輕參賽者通過挑戰神威·太湖之光,篩選出更多面向未來的復合型科技精英。以此,也來回答備受專業人士關心的問題:通過超一流的計算機,我們能否做出超一流的應用來?

一場不同于實驗室里的戰役:對超算不再“盲人摸象”

至今,錢德沛還記得20多年前“尷尬”的一幕。那是1996年,他和另外一位專家去參加全球超級計算大會,“會場內外,一個中國大陸的學者也碰不到”。

讓他沒想到的是,一晃多年過去,在如今的超級計算領域,已經很難找到沒有中國大陸學者身影的學術會議。更讓他自豪的是,中國還發起了已經成為目前國際上規模最大的大學生超級計算機競賽。

在他看來,這是一個“有長遠”眼光的舉動,如今不論是自然科學,還是工程技術,都離不開所謂的大數據以及計算能力的提升,“掌握計算的技能,對我們的科學教育來說是一個根本任務”。

遺憾的是,在國家超級計算無錫中心主任、清華大學教授楊廣文看來,迄今為止,我國在超級計算領域的課程設置,與行業發展的速度仍有較大的差距。

楊廣文還記得,將近5年前,在全球大學生超級計算機競賽(ISC12)之前的國內選拔時,主辦方通知了國內300所學校,最后參加的卻只有27所,絕大多數學校之所以放棄,就在于他們沒有合適的、富有創造力的選手。這也再次拷問國人在超算應用領域創造力的培養。

錢德沛告訴記者,我國的超算起步較晚,長期以來都存在著“重技術、輕應用,重硬件、輕軟件”的問題;而相應超算人才的教育,也很難跟上趟兒,新世紀以來更是進入了貧瘠地帶,不少計算機學院甚至把這個課程砍掉,導致學生沒學過,不會用。

畢竟,超算涉及多個學科的交叉應用,諸如師資、設備的培養成本都很大,沒有學校愿意專門為此調整課程設置。有的專家一針見血提到:學校花幾百萬上千萬元購買的設備,不可能讓一個本科學生輕易去碰,如果弄壞了怎么辦?這個風險太大了。

相應地,超算大賽卻為學生提供了頂級的超算設備,也鼓勵學生的創新與冒險精神。今年參賽選手要進軍的神威·太湖之光,就在楊廣文領銜的國家超級計算無錫中心。

在他看來,這是一場不同于實驗室里的戰役,對很多從事超算工作的科研人員來說,超級計算機到底是什么模樣,有什么潛能,仍在不停地摸索。那么通過比賽,讓學生有一個“從頭到尾”的整體性、而非“盲人摸象”般的認識,至關重要。

如何在世界最快超級計算機上大顯身手?

神威·太湖之光究竟有多快?用數字來看,其峰值性能達每秒12.5億億次,也因此成為世界首臺運行速度超10億億次/秒的超級計算機。楊廣文曾表示,這臺運算最快的超級計算機,性能指標超過第二至第六名5臺超級計算機的總和。

有一個更為通俗的類比,神威·太湖之光的速度相當于普通家用電腦的200萬倍。

為什么超算會有那么強大的能力?原因其實很簡單:每臺超級計算機都由大量的計算核心(計算節點)組成,計算處理問題時,這些計算核心團結協作,一起努力工作,這就是所謂的“并行計算”。和人類“人多力量大”“團結就是力量”的道理無甚區別。

相應地,計算機科學家的主要任務,就是將計算數學家給出的算法,寫成能在超級計算機上高效執行的并行程序。

這并不簡單:正如中科院軟件所并行軟件與計算科學實驗室姚繼鋒博士所說,寫一本小說、抄寫生字1萬遍、造一輛汽車,等等,設想把這件事情交給1個人做、10個人做、100個人做、1萬個人做,將會是什么情形——10個人做,就一定是1個人做的效率的10倍嗎?當中有人偷懶不干活兒怎么辦,又或者有人生病了該怎么辦?

計算機科學家面臨的挑戰和這個類似,他們需要指揮、協調眾多計算核心,讓它們齊心協力,不僅要把工作做對,還要做得快、做得好。

2016年11月中旬,在美國舉行的全球超級計算大會上,中科院軟件研究所研究員楊超等人獲得2016年度高性能計算應用最高獎——戈登·貝爾獎。這是近30年來,中國超算應用團隊第一次獲得這一被譽為“超級計算機應用領域諾貝爾獎”的獎項。當時,包括楊超等在內的計算機科學家所要做的,就是將算法寫成可以在計算機上執行的程序。

如今,在今年的大學生超算競賽上,年輕的參賽選手也將挑戰“戈登·貝爾”獎提名的模擬題目,而所用的工具就是神威·太湖之光。楊廣文說,在預賽階段,參賽者就可遠程登陸神威·太湖之光,主辦方將給每個隊提供超過1000核的太湖之光計算資源。

“希望參賽者能夠駕馭這臺最快的超算。”楊廣文說。

當超算遇上人工智能:能否讓機器接近人類的思考能力

如今最受科技界和產業界青睞的,要屬人工智能了。今年年初,機器人AlphaGo在非正式的快棋賽中,連續戰勝圍棋冠軍常昊、周睿羊等多位高手,收獲60勝,再次引爆人們對于人工智能的關注。

楊文廣告訴記者,隨著人工智能越來越熱,也越來越離不開大數據分析。目前,人工智能最流行的方法“深度學習”,就是在于建立、模擬人腦進行分析學習的神經網絡,使得機器能從大量歷史數據中學習規律,從而對新的樣本作智能識別或對未來作預測,以達到具有人類一樣的思考能力。

不過,要模擬人腦絕非易事,人腦的計算能耗比是超級計算機天河二號的200萬倍。相應地,人類大腦大致有1000億個神經元,每個神經元有大約5000個神經突觸。也就是說,要使機器無限接近人類的思考能力意味著要模擬出更多的神經元和神經突觸,模擬人腦對計算的要求極高,這就要求必須在強大的超級計算機平臺上進行。

王恩東也告訴記者,隨著超級計算、大數據、云計算相互融合,以人工智能為代表的智慧計算,將成為未來計算產業里面最重要的組成部分,這將對計算技術帶來新的挑戰。如今,超算大賽賽題再次設置人工智能,就是希望參賽大學生能夠了解掌握最新的人工智能算法、大數據應用和先進計算架構的相關知識和能力。

國際高性能計算咨詢委員會亞太區主席劉通告訴記者,超級計算機在“解讀”馬航數據時,不僅需要一個硬件平臺,還需要“懂得航空數據”的軟件和人,但在這方面,“相關的軟件太少,應用領域的人才缺乏”。

王恩東說,這一次,希望神威·太湖之光這個好鞍,能找到好的千里馬來駕馭,“讓更多的年輕人能夠投入到這個行業中,為國家,為行業儲備一批人才”。

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責任編輯: 李浩

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