作者 | 王曄
11月15日至11月17日，SC21國(guó)際大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽在圣路易斯舉辦。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系新一屆超算團(tuán)隊(duì)再次摘得總冠軍。這也是清華繼SC18、SC19、SC20后拿下的四連冠！總分排行榜中，清華排名第一，上科大次之，南科大第三。同時(shí)，南科大獲LINPACK基準(zhǔn)測(cè)試最高性能獎(jiǎng)。據(jù)了解，今年共有十只隊(duì)伍參加比賽，他們分別來(lái)自：克萊姆森大學(xué)（Clemson University）
佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）
波士頓大學(xué)、波士頓學(xué)院、麻省大學(xué)羅維爾校區(qū)聯(lián)隊(duì)（Boston Univ., Boston College, Univ. of Mass. Lowell）
北京大學(xué)（Peking University ）
上?？萍即髮W(xué)（ShanghaiTech University ）
南方科技大學(xué)（Southern University of Science and Technology ）
加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校（University of California, San Diego)
維克森林大學(xué)(Wake Forest University)
暨南大學(xué)(Jinan University）
清華大學(xué)(Tsinghua University）
全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)（Supercomputing Conference，簡(jiǎn)稱SC）是國(guó)際超算領(lǐng)域的頂級(jí)會(huì)議，國(guó)際影響力巨大。國(guó)際大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽（SCC）成立于 2007 年，是超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的頂級(jí)賽事，今年是舉辦該競(jìng)賽的第15個(gè)年頭。受新冠疫情影響，此次比賽與去年一樣線上進(jìn)行，可遠(yuǎn)程參與。作為Students@SC計(jì)劃的一部分，SCC旨在將學(xué)生引入高性能計(jì)算社區(qū)，推動(dòng)世界各地區(qū)超算青年人才交流和培養(yǎng)，提升超算應(yīng)用水平和研發(fā)能力。比賽吸引了來(lái)自世界各國(guó)家和地區(qū)的眾多高校參與，與ASC超算競(jìng)賽和ISC超算競(jìng)賽并列為世界最具權(quán)威性的三大國(guó)際大學(xué)生超算競(jìng)賽，給了學(xué)生一個(gè)在競(jìng)爭(zhēng)中展示自己專業(yè)知識(shí)技能的平臺(tái)。幾個(gè)月前，清華大學(xué)學(xué)生超算團(tuán)隊(duì)剛奪得了國(guó)際大學(xué)生超算競(jìng)賽（ISC2021）總冠軍和LINPACK 基準(zhǔn)測(cè)試最高性能獎(jiǎng)，獲得雙料冠軍。代表清華參加此次SCC隊(duì)伍由6名清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系的本科生組成。由于賽事規(guī)定參賽隊(duì)員必須是本科生，因此團(tuán)隊(duì)組成相較去年有了較大的變動(dòng)，其中有四名隊(duì)員是新成員。對(duì)新成員而言，這是他們第一次參加該項(xiàng)賽事，但也是一戰(zhàn)即勝。指導(dǎo)教師為清華大學(xué)高性能所的翟季冬和韓文弢老師。
變動(dòng)的是團(tuán)隊(duì)成員，不變的是團(tuán)隊(duì)精神在得知清華大學(xué)學(xué)生超算團(tuán)隊(duì)在該項(xiàng)賽事中獲得四連冠后，AI科技評(píng)論聯(lián)系到了他們，并同他們針對(duì)比賽情況進(jìn)行了交流，對(duì)話內(nèi)容整理如下。在談到今年SCC整體上和去年以及往年有什么不同時(shí)，清華超算團(tuán)隊(duì)表示今年賽事和去年都是以線上的形式進(jìn)行的，線下比賽需要參賽者自行搭建物理比賽集群，線上比賽則需要選手合理選擇云服務(wù)資源。“今年和去年對(duì)比，今年的比賽「氛圍感」更足了。主辦方提供了在線交流平臺(tái)，在比賽中，各個(gè)隊(duì)伍間、參會(huì)人員和隊(duì)伍間都可以方便地進(jìn)行交流互動(dòng)，讓我們感覺(jué)仿佛在線下參加比賽，體驗(yàn)很好?！?/span>- 比賽設(shè)置繼承往年特點(diǎn)，但也有推陳出新
和往年一致，今年的賽題設(shè)置同樣考察了選手對(duì)經(jīng)典HPC應(yīng)用的編譯、運(yùn)行、分析、優(yōu)化能力。大賽賽題包括基準(zhǔn)測(cè)試程序LINPACK HPCG IO500，多尺度心臟模擬 Cardioid，量子材料模擬Quantum ESPRESSO，SC20論文復(fù)現(xiàn)題以及現(xiàn)場(chǎng)公布的神秘應(yīng)用“高能中微子物理中的圖像分類應(yīng)用Cosmic Tagger”。三大基準(zhǔn)測(cè)試程序中，Linpack 基準(zhǔn)測(cè)試是計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)執(zhí)行率的度量。它是通過(guò)運(yùn)行一個(gè)計(jì)算機(jī)程序來(lái)確定的，該程序求解了一個(gè)密集的線性方程組。它被TOP 500用作對(duì)峰值性能進(jìn)行排名的工具。而高性能共軛梯度 （HPCG） 基準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)目旨在創(chuàng)建一個(gè)用于對(duì) HPC 系統(tǒng)進(jìn)行排名的新指標(biāo)。HPCG旨在作為高性能LINPACK（HPL）基準(zhǔn)測(cè)試的補(bǔ)充，該基準(zhǔn)測(cè)試目前用于對(duì)TOP500計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行排名。除此之外，IO500 基準(zhǔn)測(cè)試是高性能 IO 的基準(zhǔn)測(cè)試套件。它利用現(xiàn)有和受信任的開(kāi)源基準(zhǔn)測(cè)試（如 IOR 和 MDTest），并捆綁執(zhí)行規(guī)則和多個(gè)工作負(fù)載，目的是評(píng)估和分析各種 IO 模式的存儲(chǔ)設(shè)備。清華超算團(tuán)隊(duì)認(rèn)為L(zhǎng)INPACK HPCG IO500是每年不變的必考項(xiàng)目，已經(jīng)比較熟悉了。多尺度心臟模擬器 Cardioid是一款用于模擬臨床心臟現(xiàn)象的心臟模擬套件。它能夠模擬電生理和機(jī)械器官級(jí)模擬，并具有用于計(jì)算心臟網(wǎng)格，重建軀干ECG和生成逼真的心臟纖維方向的處理工具。，曾在 SC12 入選 Gordon-Bell 獎(jiǎng)的 Finalist。Quantum ESPRESSO 也是一個(gè)經(jīng)典的科學(xué)計(jì)算軟件，在材料等學(xué)科有著廣泛使用，屬于超算上的經(jīng)典應(yīng)用，也曾在幾年前的 ASC 比賽中出現(xiàn)過(guò)。在復(fù)現(xiàn)題中，選手需要承擔(dān)審查SC20論文的角色。SC21復(fù)現(xiàn)題委員會(huì)選擇了論文 “A Parallel Framework for Constraint-Based Bayesian Network Learning via Markov Blanket Discovery” 作為今年SCC復(fù)現(xiàn)題基準(zhǔn)。“我們需要復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并分析與原論文數(shù)據(jù)間的異同。”團(tuán)隊(duì)成員表示：兩道應(yīng)用Cardioid和Q-E都是在超算中心上投入使用很多年的程序，組委會(huì)通過(guò)賽題，不僅考察了隊(duì)員的各方面能力，也讓我們有機(jī)會(huì)了解認(rèn)識(shí)到真正的超算中心上都在解決哪些問(wèn)題。“去年比賽是第一次線上競(jìng)賽，我們需要在預(yù)算限制下，在 Azure 云服務(wù)器上自選機(jī)型，搭建高性能集群進(jìn)行比賽?！?/span>不同的是，此次大賽首次提供微軟 Azure 云和Oracle云兩個(gè)云平臺(tái)供學(xué)生進(jìn)行比賽。學(xué)生團(tuán)隊(duì)必須優(yōu)先考慮和利用 Microsoft Azure 云的預(yù)算，并且需要了解如何優(yōu)化和利用Oracle云提供的特定硬件。這對(duì)選手來(lái)說(shuō)是一個(gè)新的體驗(yàn)。“云服務(wù)器的特點(diǎn)在于機(jī)型種類多，有不同的軟硬件配置。在選擇機(jī)型時(shí)，我們不僅需要在權(quán)衡性價(jià)比后選擇最合適的硬件配置，還要為它們安裝正確的軟件（如操作系統(tǒng)等），才能發(fā)揮出它最高的性能。這要求同學(xué)們必須對(duì)軟硬件有深入的了解?！?/span>- 冷靜分析，沉著應(yīng)對(duì)，終得冠軍
“在比賽中，我們也遇到了一些資源競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題。開(kāi)賽后我們才發(fā)現(xiàn)，某種高性能機(jī)型主辦方只提供了8臺(tái)，甚至不能保證10個(gè)隊(duì)伍各有一臺(tái)。高性能機(jī)型的不足，是我們本次比賽中遇到的最大困難。最終我們調(diào)整策略，順利完成了比賽?！?/span>團(tuán)隊(duì)成員翟明書(shū)、宋澤宇曾參加過(guò)ISC21，SC20，ASC21并且取得了很好的成績(jī)。今年隊(duì)伍中雖有4名同學(xué)都是第一次參加，但是他們?nèi)匀槐３至烁咚降陌l(fā)揮。這離不開(kāi)每個(gè)隊(duì)員賽前的刻苦訓(xùn)練，以及賽中充分的交流協(xié)作。“要想把比賽打好，我們需要發(fā)揮出每個(gè)隊(duì)員的長(zhǎng)處，合理安排比賽策略，在比賽中做到高效交流、冷靜判斷比賽形勢(shì)。今年我們做到了這些，也取得了一個(gè)好成績(jī)?！?/span>雖然清華超算團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在SC比賽上取得了四連冠的傲人成績(jī)，在外人看來(lái)可能會(huì)覺(jué)得清華奪冠不是一件特別困難的事情，但事實(shí)并非如此。“超算比賽只允許本科生同學(xué)參賽，所以我們每年隊(duì)伍人員變動(dòng)都不小。SC比賽是每年秋季開(kāi)學(xué)后的第一場(chǎng)超算比賽，對(duì)很多超算隊(duì)隊(duì)員而言，SC比賽都是他們經(jīng)歷的第一場(chǎng)超算比賽。第一次參賽總是最具有挑戰(zhàn)的，想要在比賽中有好的發(fā)揮，離不開(kāi)賽前充分刻苦的訓(xùn)練。”清華的“四連冠”，但對(duì)新隊(duì)員來(lái)說(shuō)是“第一冠”，這絕對(duì)不是輕而易舉就可以做到的。“我們希望這是一個(gè)好的開(kāi)始，在接下來(lái)的ISC等超算競(jìng)賽中，爭(zhēng)取獲得好成績(jī)。”參考鏈接：
1.https://sc21.supercomputing.org
2.https://studentclustercompetition.us/index.html
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