凝聚向“芯”力 超算添动力

一张张洋溢着青春与自信的面庞,一轮轮“过五关斩六将”般的精彩比拼,2022年“神威·国实杯”第六届国产CPU并行应用挑战赛圆满收官。自2017年创办以来,一年一度的国产CPU并行应用挑战赛已经成了拓展基于国产“芯”平台的开放应用生态、加快国产“芯”应用场景落地、培养和锻造国产超算人才及后备军的最佳舞台。

大赛自6月份正式启动以来,吸引超100支高校/企业队伍、400余名参赛选手报名,16支参赛队晋级决赛。山东大学、清华大学、建投数据、山东科技大学、郑州大学、西南石油大学、齐鲁工业大学等单位的参赛队伍,脱颖而出,荣获奖项。

国产CPU并行应用挑战赛

2022年,国产CPU并行应用挑战赛已经进入它的第二个“五年计划”周期。当前,国际形势复杂多变,各国间新一轮超算算力竞争日趋白热化,“东数西算”国家工程的启动呼唤算力应用模式的转变与创新,在自主可控的前提下推动超算的商业化成为当务之急。

在这一背景下,很显然国产CPU并行应用挑战赛的意义已经超越了赛事本身,它是洞悉我国超算未来发展的望远镜,也是推动超算商业化、产业化进程的加速器。

算力重塑

超算素有计算机界“皇冠上的明珠”之称,这是因为它从诞生之日就与尖端科技相伴而行,拥有将不可能变为可能,将不实用化为实用的强大能力,更是数字化时代的“大国重器”。因此,超算之争也是大国博弈的一个焦点。每年国际国内各种的超算排行榜实时反映着各国超算算力的此涨彼消。

数据来源:Top500.org

但从另一个视角,进入数字化时代,各行各业对算力的需求倍增,超算这个天然的算力“蓄水池”也面临着如何有效地“放水”,助力各行各业加快数字化转型的新挑战。从相对狭窄的尖端科研领域到更广泛、更多样化的诸如基因工程、大型装备设计制造、新能源新材料,甚至智慧城市、电子政务等行业场景,从原来为大型项目定制、资源各自为政到云服务模式的快速兴起,超算行业的大变革时代已经悄然来临。

“东数西算”国家工程的启动,为超算行业提供了一次蜕变重塑的新机遇。算力提升在拉动GDP方面起到了十分显著的效果,而5G、物联网、区块链、元宇宙等带来了更多的算力需求,算力服务、算力网络的建设,以及超算商业化成为新的抓手,与AI深度融合的新型智能计算中心成为建设的重点……这些都要求“高大上”的超算行业,能够将视野放得更宽一些,身段放得再低一些,与具体行业的业务场景结合得再紧密一些,充分发挥算力本身的驱动性,更好地助力数字中国、网络强国的建设。

软硬兼施 赋能跨越式发展

我国一向重视超算能力的建设,并将其作为国家科学与技术发展规划的重要方向,虽然起步相对较晚,但是发展非常快,目前已经步入世界领先行列。比如,“天河二号”“太湖之光”曾连续十次占据世界超算排行榜TOP500首位;可以说,在30年的时间里,中国超算产业实现了跨越式的发展。

今天,在数字化转型、智能化升级的巨大需求拉动下,超算产业更是在发展中求变,建立国产超算创新服务体系,国产化超算芯片不断取得新突破,超算应用领域持续拓展。使用国产申威处理器的“神威·太湖之光”早在2016年便成为世界上运行速度最快的超算计算机。特别值得一提的是,“神威·太湖之光”曾经作为国产CPU并行应用挑战赛的竞赛支撑平台,见证并推动了国产CPU平台应用的开发与创新。更令人欣喜的是,本届挑战赛采用了国产超算的新标杆——青岛国实集团的新一代国产超算作为竞赛平台,可谓江山代有才人出。

国实集团的新一代国产超算是基于全面自主可控的高性能处理器等核心器件,面向海洋领域前沿科技发展需求,依托自主可控技术打造的世界领先的超算平台,具备高性能、低功耗计算节点,以及大规模高速互联网络和高效并行架构。新一代国产超算不仅面向国家重大战略需求,积极助力前沿科技创新突破,而且还致力于海洋安全、海洋预报、医疗健康、信息服务等,对海洋科技人才技术培育发展,以及我国占领全球海洋科研制高点具有重要战略意义。

评价一个国家的超算能力,一方面要看它的“硬实力”,即是否具备自主研发领先的超算系统的能力;而另一方面则要看它的“软实力”,也就是广泛而普及的超算应用能力,成为各行各业业务创新的支点。经过多年发展,我国超算的“硬实力”有目共睹,包括超算芯片、高速互连网络技术,以及CPU+GPU的异构体系架构等,都已在国际上占据一席之地。现在的发力点更多集中在“软实力”的锻造上,这也是国产CPU并行应用挑战赛举办的初衷,即基于可控国产“芯”优势,不断完善软件平台生态的建设,聚合产学研用多方力量,选拔和培育超算专业人才,为推动国产自主平台的应用与开发贡献力量。比如本届挑战赛就拓宽了赛道的深度和覆盖范围,不仅涵盖气象、海洋、石油勘探、人工智能等数十个行业领域,更产出了“异构计算架构”“计算机视觉分类模型训练”等一大批优秀算法和应用成果。

创新超算应用场景,打造基于国产“芯”的超算平台及生态,培养超算后备人才,这些年的努力已经结出了硕果。在全球超级计算大会(SC21)上,中国超算应用团队凭借基于新一代神威超级计算机的应用“超大规模量子随机电路实时模拟”,一举夺得2021年度高性能计算领域最高奖项——戈登·贝尔奖(Gordon Bell Prize),就是最好的例证。只要我们练好内功,在超算系统的架构、芯片、网络等层面不断创新突破,并且持续深入研究超算应用的场景化,扎根国产超算平台,细致挖掘和服务细分应用领域,就一定能够让中国超算屹立在世界超算之林。而国产CPU并行应用挑战赛就是最好的练兵场之一。也许在未来能够再次摘取戈登·贝尔奖的中国人中,就会有从国产CPU并行应用挑战赛中走出的选手。

让每个人都拥有“超能力”

在过去十年中,我国在基础研究和原始创新方面不断加强,并在一些关键核心技术实现了突破,战略性新兴产业不断发展壮大,尤其是在载人航天、探月探火、超级计算机等诸多领域取得了重大成果,已经步入创新型国家行列。

超级计算机在我国的应用范围正逐渐拓宽,从气象预报、石油勘探这样的国家战略领域延展至互联网、大数据、人工智能、金融等更多领域,赋能不同行业。统计数据显示,截至2022年6月,我国算力总规模已超过150EFlops,位居全球第二,而且中国的整体算力水平还在不断跃升之中。随着算力经济的兴起,作为最基础的算力“底座”,超算无疑将成为驱动科技创新、产业升级和经济社会高质量发展的重要引擎。

很多人都艳羡超算的“超能力”,因为它可以“算天”“算地”“算人”,将未知变成可能。未来,超算不仅要算得更多,还要算得更细、算得更准,进一步打通国产超算平台的创新链、应用链和价值链,将这种“超能力”变成每个行业、企业甚至每个人的“超能力”。从国产CPU并行应用挑战赛上,我们已经窥见了端倪。