清华超算:“48小时,我们终于赢了这场战役”

当地时间11月19日,美国德克萨斯州,国际大学生超级计算机竞赛(SC15)颁奖现场。

当翟季冬老师望着6个聪明能干的小伙子在连续48个小时的鏖战后,最终将SC15超算竞赛总冠军奖杯高高举过头顶,他知道,他们泡在实验室里的那150多个日子,以及为此付出的汗水和努力,都值得。

这是中国大陆高校第一次在该项赛事中获得总冠军。至此,清华大学计算机系超算团队包揽了今年全球超算三大赛事的全部冠军。这也是清华计算机学科60年发展历程和人才培养最新结出的硕果。 

SC15超算团队获得本次国际大学生超级计算机竞赛(SC15)冠军

桐花万里关山路:清华超算,即将出征

SC会议是国际超算领域的顶级会议,今年有11000多人注册,国际影响力巨大。作为SC会议的重要组成部分,SC比赛是超级计算机领域的顶级赛事,每年举办一次,吸引着世界各国家和地区的众多高校参与。比赛旨在促进大学生与工业界之间的联系,推动世界各地区超算青年人才交流和培养,提升超算应用水平和研发能力。

“普遍意义上来说,超算是由成千上万台高性能计算机通过高速互联网络组成的大规模计算机集群,它的发展源于现代社会对计算量的巨大需求与一般处理工具计算力不足之间的矛盾。但对于研究超算的人来说,怎么样让超算跑得更快,怎么样更省能源,这本身就是他们的目标。”超算团队队员卓有为介绍道。

回想起这半年的备赛经历,SC15超算团队队长、刚刚大四的裘捷中不由感慨:“这一路走来,真不容易啊。”

今年夏天,SC15组委会公布了今年比赛的5个应用程序,内容涵盖天气预测、量子力学、生物基因以及人口流动等多个实际应用问题。这意味着比赛的准备阶段已经开启。

SC15超算竞赛比赛现场 

作为参加过ASC、SC等多次超算比赛的“老人”,裘捷中在看到消息时,脑海中闪过一串人的名字,他们活跃在“学堂计划”、“卓越计划”、“星火班”等科创平台,同样对超算有着浓厚兴趣。

于是,来自计算机系不同年级的6名本科生——梁盾、鲁逸沁、梁俊邦、裘捷中、卓有为、王邈迅速集结,并请来高性能所硕士研究生李恺威担任教练,本系教师翟季冬担任比赛指导教师,组建起SC15参赛队伍。

比赛的准备阶段紧张而艰辛。由于团队主力都是本科生,他们本身课业压力相当大,为了准备比赛,队员几乎将所有的课余时间都用来查阅专业知识、进行前期准备。每周都有例会,不同年级的同学相互交流,遇到不能解决的问题集体讨论,以保证前期准备的进展。

王邈还记得,有一天和队友们讨论完问题回宿舍时已是凌晨3点。当他经过紫操,抬头望见一轮皓月当空,有感于几个月来为超算比赛付出的点点滴滴,他不禁喃喃道,“为你,千千万万遍”。

谈到参赛备战的收获,裘捷中说,“平时在课堂上老师十分注重知识传授,但将知识转化为能力在平时则有所欠缺。比赛刚好为我们提供了提升能力的好机会。” 在参赛备战过程中,大家努力将课堂上的知识内化,变成解决实际问题的能力。

千淘万漉虽辛苦:我们赢了,清华赢了!

150多个日日夜夜的辛勤付出最终迎来考验。11月13日,清华超算团队一行人踏上了前往SC15比赛地德克萨斯州奥斯汀市的征程。

在此之前,清华大学超算团队已经获得了世界大学生超级计算机竞赛(ASC15)和国际大学生超算竞赛(ISC15)的冠军。“这对我们是压力,但更是拿冠军的动力。” 裘捷中说。在首都机场候机时,队员们仍然抱着笔记本进行最后的测试优化。正是这次检测,让他们发现了先前忽略的一些问题,这对他们后来夺冠十分重要。

比赛终于开始了。根据规定,参赛队员在总功率3120瓦的限制条件下,自行搭建计算集群并在集群系统上完成6个应用程序的性能比拼。比赛48小时不间断进行,对队员们的身心压力极大,同时也考验着队员们亲手搭建的高性能集群服务器的稳定性。

队员们不仅要在赛前对应用程序进行广泛的性能优化,并且要在这48小时内通过有效调度完成尽可能多的应用算例,此外还要对国际超算领域的专家评委提出的各类问题作出准确回答。这对参赛队伍来说,是体力和能力的双重挑战。

 

清华超算团队在比赛中

对于清华超算团队来说,比赛并不是一帆风顺的。一开始,应用程序运行一切正常,可在最后一天晚上,在大赛的白热化阶段,监控程序提醒有一台机器停止运行。这时候,有个程序即将进入多机运行阶段,这意味着如果一台机器出现故障,之前6个小时的付出将功亏一篑。

比赛规则不允许重启机器,任何对于机器的物理接触都要向组委会申请。面对这种情况,负责监控的王邈机智地采取了技术手段,让该程序的运行速度减慢至较低水平,为修复机器赢得了宝贵的时间。

在提问和面试环节,团队认真准备了展示幻灯片,将实验结果都有条理地呈现在大屏幕上。展示环节一律使用英语,那些来自英语为母语国家的队伍有着先天优势。然而“艺高人胆大”,清华团队并不心怯,他们凭借扎实的基本功,将展示内容向评委娓娓道来,赢得现场评委的一致称赞。

 清华超算团队与SC15学生项目委员会主席合影

最终,清华大学超算团队以总分排名第一的优异成绩,夺得SC15国际大学生超级计算机竞赛的冠军。

“48小时,我们终于赢了这场战役!”望着大屏幕上出现的最终结果,清华团队的队员们欢呼雀跃:“我们赢了,清华赢了!”

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SC15清华超算团队的平均年龄不足21岁,这是一支极其年轻的队伍。

在清华大学计算机系的历史上,也曾有一个和超算团队同样年轻的团队。就在60年前,新中国首台电子模拟计算机在清华诞生,当时清华参加攻关的研究组平均年龄不到23岁。 

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也就在同一年,清华大学开始发展计算机专业。随后的半个多世纪里,清华大学计算机学科伴随着中国计算机事业的发展而不断壮大。

作为“经济转型和科学研究加速器”,超级计算机扮演者“理论和实验之外的第三种科学研究手段”,实属国之重器。它是一个国家科技创新能力和综合国力的重要标志,已成为世界大国争夺的战略制高点。

2015国际超级计算大会发布了最新一期世界超级计算机500强排行榜,中国研制的“天河二号”超级计算机系统第六次夺冠。而“天河二号”项目的总指挥、总设计师廖湘科,就是清华大学1980级计算机系校友,他还是“天河一号”项目的总指挥及常务副总设计师。

“天河二号”超级计算机

近年来,清华大学计算机学科发展更是成果不断——中国高校首套百万亿次超算系统在清华大学全球气候变化研究院投入建设;地球系统科学研究中心成立了“清华-浪潮计算地球科学青年人才基金”,旨在促进地球系统科学与高性能计算交叉领域研究;清华计算机系高性能计算研究所也致力于研发以高性能、高并发、大数据处理为特点的新型计算机体系结构。

面临新时期计算机领域迅猛发展的形势,如何让学生能够更快地成长为引领世界计算机发展方向的人才?

鼓励学生参加国际比赛是清华培养人才的一种方式。也就是在一年前的10月,清华大学发布的《清华大学关于全面深化教育教学改革的若干意见》提倡“六类课堂”,不同的课堂都是促进学生发展的机会,而国际比赛无疑是其中重要的课堂之一。新的教改方案鼓励学生根据自身特点和发展志趣选择多样化的成长路径,构建学生自由成长的氛围与环境。

超算团队作为一个兴趣小组,诞生于2012年。自组建以来,团队已经斩获多项荣誉,包括3届ASC冠军、2届ISC冠军和1届SC冠军。参加本次SC比赛的队伍中,就有1位同学来自“星火”计划,3位来自“闯世界”计划,还有3位是计算机系科协骨干成员。“学校既需要传统课堂,也需要‘星火班’这样的集体,实现不同学科、不同年级的交流。”清华大学党委副书记史宗恺如是说。

11月27日,在以“创新与挑战”为主题的第一期“校长有约”活动上,清华超算团队作为代表之一畅谈了自己的感受。校长邱勇在交流会上指出,超算获奖的动力源泉来自于同学们内心对科学的追求。“这些斩获大奖的同学,都有自己的梦想并执着实现它们。参加比赛是一个挑战自我的过程,但更重要的是过程中的成长与收获。”

邱勇校长在“校长有约”活动上与清华超算团队队员合影

清华学生的创新激情,使他们在创新之路上越走越远、越走越宽。

正是在这样的过程中,对科学精神的信奉、对事物原理的质疑与探索,深深植根于探索者的内心,由此激发出来的灵感之光与智慧火花,象征着新时代新青年的蓬勃活力。

 

转自清华大学新闻网

学生记者 郑润民