在今年4月舉行的2014世界大學(xué)生超級計(jì)算機(jī)競賽(ASC14)上，來自上海交通大學(xué)的隊(duì)員們收獲頗豐，一舉獲得了包括總冠軍、e Prize計(jì)算挑戰(zhàn)獎和應(yīng)用創(chuàng)新獎在內(nèi)的三項(xiàng)大獎，成為了比賽最后的贏家。對于本科學(xué)生來說，如何能夠在國際賽事中取得如此優(yōu)異的成績，他們在日常是如何進(jìn)行訓(xùn)練的，在超算競賽的道路上又有哪些不為人知的秘密?近日我們有幸來到上海交通大學(xué)超算中心一探究竟。
▲上海交大超算中心的超級計(jì)算機(jī)——π
上海交大超算中心位于風(fēng)景秀麗的閔行校區(qū)內(nèi)，這里具備了中國高校中最快的超級計(jì)算機(jī)——π。與傳統(tǒng)的超級計(jì)算機(jī)不同，π在設(shè)計(jì)之初就采用了三重架構(gòu)，CPU+GPU+MIC的全新架構(gòu)奠定了它強(qiáng)大的性能基礎(chǔ)，這也為上海交大在科學(xué)領(lǐng)域的不斷探索和研究提供了鑒定的計(jì)算保障。不僅如此，π的出現(xiàn)還起到了超算啟蒙的作用，眾多學(xué)子就是通過它認(rèn)識并了解了超級計(jì)算機(jī)，進(jìn)而投身于高性能計(jì)算的行業(yè)。相比這些長遠(yuǎn)的收益來說，π的直接作用就是為參加ASC超算大賽的隊(duì)員們提供了最好的實(shí)戰(zhàn)平臺。“通過管理和使用π這樣的超級計(jì)算機(jī)，我們積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)”——上海交大高性能計(jì)算中心副主任林新華如是說。
▲上海交大高性能計(jì)算中心副主任林新華
事實(shí)上，π已經(jīng)成為了上海地區(qū)乃至全國最忙碌的超級計(jì)算機(jī)之一。雖然距離建成只有不到一年的時(shí)間，但在這一年中π卻承擔(dān)了繁重的科學(xué)計(jì)算任務(wù)，這其中來自材料科學(xué)與工程學(xué)院、自然科學(xué)研究院、數(shù)學(xué)系和物理與天文系等四大部門的需求占據(jù)了π上90%的計(jì)算資源。究其原因，除了這些院系所研究的方向適合高性能計(jì)算之外，另外一大原因也是這些領(lǐng)域的應(yīng)用軟件非常成熟。
“NVIDIA在GPU這方面做了非常大的工作，把一些用戶真正喜聞樂見的，真正使用的程序搬上GPU去”林新華副主任繼續(xù)說道——有一個(gè)分子動力學(xué)相關(guān)的程序，這個(gè)程序我們校內(nèi)很多老師也在用。這個(gè)程序用在GPU上，它的效能(提升)達(dá)到20-30倍。
▲圖表來自《π集群運(yùn)行情況報(bào)告 - 2014年3月》
▲圖表來自《π集群運(yùn)行情況報(bào)告 - 2014年3月》
來自上海交大超算中心網(wǎng)站的公開資料顯示，在今年3月的統(tǒng)計(jì)中，π的平均負(fù)載達(dá)到了51.5%，最高為86.4%，最低為11.2%。這其中，332臺CPU節(jié)點(diǎn)的平均負(fù)載為53.3%;50臺GPU節(jié)點(diǎn)的平均負(fù)載達(dá)到了62.4%。
▲圖表來自《π集群運(yùn)行情況報(bào)告 - 2014年3月》
▲圖表來自《π集群運(yùn)行情況報(bào)告 - 2014年3月》
另一個(gè)不容忽視的現(xiàn)實(shí)是，332臺CPU節(jié)點(diǎn)提供的峰值性能為110.5 TFlops，而50臺GPU節(jié)點(diǎn)提供的峰值性能為133.6 TFlops。對此，林新華副主任表示——經(jīng)過我們一年的使用之后發(fā)現(xiàn)，GPU對于一部分的實(shí)際應(yīng)用支持得非常好。在針對某些應(yīng)用，在合適的用戶群里面，GPU能夠發(fā)揮非常好的性價(jià)比和能耗比。
王昱焜博士研究的方向是分子模擬(膜蛋白相關(guān)方面的研究)，林新華副主任稱他為“π高效率運(yùn)行的主要貢獻(xiàn)者”。談到GPU加速對于科研的推動作用，王昱焜博士深有體會的說——我做的研究很多時(shí)候依靠實(shí)驗(yàn)，但是這種實(shí)驗(yàn)很難做。有了π超算之后就可以事先在超級計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)的模擬，原本需要128個(gè)CPU核心才能實(shí)現(xiàn)的計(jì)算能力現(xiàn)在只需要3個(gè)GPU核心就可以了，從功耗比、性價(jià)比來講GPU十分劃算。
目前，我國雖然具備了最強(qiáng)大的天河二號超級計(jì)算機(jī)，但是在軟件應(yīng)用和人才培養(yǎng)層面依然需要不斷的努力，對于高校的科研教學(xué)和人才培養(yǎng)來說，超計(jì)算機(jī)無疑是提升效率與影響力的最佳方式。正如我們文章最初提到的那樣，上海交大在ASC14大賽所取得的佳績很大程度上得益于超級計(jì)算機(jī)的幫助，并且這些學(xué)生還將參加今年6月在德國進(jìn)行的ISC國際超算大賽?！拔覀兘衲甑哪繕?biāo)就是沖擊總冠軍”，林新華副主任信心滿滿的說。