為支持和推動國產(chǎn)應(yīng)用軟件的自主研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，2014年ASC世界大學(xué)生超級計算機競賽組委會于日前宣布，征集自主開發(fā)的應(yīng)用軟件作為大賽的并行優(yōu)化賽題，并匯集全球超算隊伍力量對入選應(yīng)用進行優(yōu)化。本次應(yīng)用征集活動向所有中國超算用戶和專家開放，任何符合條件的組織機構(gòu)和個人均可參與。
據(jù)大賽組委會負責(zé)人浪潮集團高性能事業(yè)部總經(jīng)理劉軍透露，征集入選的應(yīng)用將在基于天河二號的超算架構(gòu)上運行，經(jīng)過全球各超算隊伍的并行調(diào)優(yōu)，極有可能在天河二號上最終實現(xiàn)大規(guī)模實測，從而挑戰(zhàn)天河二號的性能極限。
當前，美、日、歐等超算發(fā)達國家已經(jīng)把超算當作提供社會服務(wù)的基礎(chǔ)性工具，更加關(guān)注超算的實用價值而非單純的技術(shù)性指標。在這一理念的推動下，源自美日歐的開源軟件或商業(yè)軟件大量涌現(xiàn)，已經(jīng)成為全球超算系統(tǒng)中最主流的應(yīng)用來源。而對于想要成為超算強國的中國而言，自主研發(fā)的應(yīng)用軟件必然是需要突破的一個“短板”.
ASC作為發(fā)源于中國的國際性超算組織，對中國自主研發(fā)的應(yīng)用軟件的關(guān)注，并非始于此次應(yīng)用征集活動。早在2013年亞洲大學(xué)生超級計算機競賽上，ASC組委會就采用了自主開發(fā)的高精度計算流體力學(xué)軟件OpenCFD作為比賽應(yīng)用試題。同時，為了讓年輕的超算人才更好的了解和掌握最新的技術(shù)，ASC組委會還特別設(shè)置了MIC應(yīng)用優(yōu)化比賽環(huán)節(jié)，考察參賽大學(xué)生新技術(shù)的知識水平和動手能力。這也成為ASC世界大學(xué)生超級計算機競賽有別于SC、ISC的一大特色。
據(jù)了解，計算流體動力學(xué)(CFD)是技術(shù)計算行業(yè)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，其廣泛的應(yīng)用于汽車、能源、航空航天等行業(yè)。2013年亞洲超級計算機競賽中所采用的OpenCFD由中國科學(xué)院力學(xué)所李新亮研究員提供，涉及到航天、航空及湍流基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的7個典型應(yīng)用算例，其中槽道湍流的直接數(shù)值模擬算例，程序設(shè)定運行2001步，算例的復(fù)雜程度對每一支參賽隊伍來說都是巨大的挑戰(zhàn)。為了獲得更快速的程序運行速度，多支參賽隊伍在經(jīng)過對算例代碼的分析之后，成功將部分代碼移植到GPU上運行，并在實測中獲得了遠超CPU運行的速度。而經(jīng)過眾多參賽隊伍優(yōu)化后的程序代碼，也在比賽結(jié)束后由組委會交到提供者手中。
而作為ASC大學(xué)生超級計算機競賽的特色比賽項目，ASC 13的MIC應(yīng)用優(yōu)化選用了BSDE期權(quán)定價模型作為比賽試題。BSDE模型應(yīng)用范圍涉及很多科學(xué)領(lǐng)域， 其中包括金融計算領(lǐng)域，在衍生產(chǎn)品定價以及風(fēng)險對沖問題上，BSDE模型是一種有效的解決方案。與傳統(tǒng)的Black-Scholes模型不同，BSDE模型可以處理非線性問題。但逆向隨機計算普遍存在高維解的計算問題，需要求解維度很高的逆向隨機微分方程(組)，并且要求計算時間不能很長，要有實時性。因此，BSDE試題的挑戰(zhàn)性在于如何最快速度的運行完程序，在最短的時間內(nèi)得到最準確的結(jié)果。
MIC本身便是一種非常新計算架構(gòu)，再加上BSDE的復(fù)雜程度和實時性要求，使得這項測試成為每支參賽隊伍最大的挑戰(zhàn)項目。ASC13的參賽隊員認為這個試題的挑戰(zhàn)在于如何降低CPU與MIC之間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，并在分析后發(fā)現(xiàn)，current_solution幾乎占據(jù)了全部的運行時間。于是采用了算法改進、OpenMP實現(xiàn)并？化、guided線程分配？式、SIMD指令強制向量化、減少分？判斷、減？數(shù)據(jù)依賴、減？并？粒度、在CPU與MIC協(xié)同計算異步完成計算任務(wù)等優(yōu)化方法，最終實現(xiàn)了6萬倍性能的提升。對于這一出自一群在校大學(xué)生之手的優(yōu)化結(jié)果，ASC大賽評委會的所有評委給予了高度的評價，一致認為我國在校大學(xué)生對部分超算應(yīng)用的理解，已經(jīng)超過了世界大學(xué)生的平均水平，我國超算未來可期。
可以說，從既往的經(jīng)驗來看，ASC大學(xué)生超級計算機競賽對國產(chǎn)應(yīng)用軟件、對超算新技術(shù)的推動均起到了巨大的作用。而即將在明年舉行的2014年ASC世界大學(xué)生超級計算機競賽，將吸引全球高校的廣泛參與，全球超算青年精英匯聚一堂，勢必會讓入選應(yīng)用得到最大程度的優(yōu)化。無論對于參賽者還是應(yīng)用提供者來說，都將是一次難得的機會。