近來，超算競賽在推進(jìn)應(yīng)用和培養(yǎng)人才方面的獨特價值和巨大作用已經(jīng)得到超算專家、用戶和教育界人士的高度認(rèn)可。為提高競賽的精彩程度并考察參賽學(xué)生的綜合能力，ASC、ISC和SC三大超算競賽主辦方在各自的賽題設(shè)計方面都進(jìn)行了精心設(shè)計。如ASC14設(shè)計了參賽隊在全球最快超級計算機(jī)天河2號實戰(zhàn)演練并行優(yōu)化行業(yè)應(yīng)用的賽題并設(shè)置了e Prize獎，而在剛剛在德國舉行的ISC14超算競賽也設(shè)計了一道頗具特色的神秘應(yīng)用賽題。
今年6月在德國萊比錫舉行的ISC14超算競賽上，競賽組委會現(xiàn)場公布了本次競賽的神秘應(yīng)用賽題規(guī)則，即要求參賽隊現(xiàn)場重新構(gòu)建各自的超算系統(tǒng)，要求在20分鐘之內(nèi)運行出給定的Quantum Espresso算例的正確結(jié)果，成功完成任務(wù)且運行過程中功耗值最小的隊伍獲滿分，其余成功運行出結(jié)果的隊伍按和第一名功耗比例給分，沒有完成任務(wù)的隊伍零分。這道神秘應(yīng)用賽題規(guī)則強(qiáng)調(diào)超算系統(tǒng)在運算作業(yè)和時間限定情況下要求盡可能優(yōu)化運行功耗，充分體現(xiàn)了對超算實際應(yīng)用性能功耗比的重視。這種神秘應(yīng)用的競賽規(guī)則是首次在國際性超算競賽采用，極大的考驗了各參賽隊伍對超算系統(tǒng)構(gòu)建的掌控能力、應(yīng)用性能與功耗優(yōu)化的平衡設(shè)計，以及團(tuán)隊協(xié)作和臨場應(yīng)變能力，成為本次ISC14超算競賽的最受關(guān)注賽題。
開源量子分子動力學(xué)計算軟件Quantum Espresso是擴(kuò)展性較好的計算密集型應(yīng)用，隨著硬件資源的增加會加快計算，但同時也會使得功耗增加。該項賽題的難點在于，優(yōu)化QE算例計算速度并非越快越好，而是要盡可能的平衡計算資源及應(yīng)用運行參數(shù)，做到既能在規(guī)定時間內(nèi)完成運算，也能在運行過程中的功耗值穩(wěn)定并盡可能小。因此，為了降低功耗，除了減少使用的計算資源(減少CPU核數(shù)甚至節(jié)點數(shù))，也需要對計算平臺進(jìn)行“瘦身”，減掉平臺中不必要的功耗消耗，如拆除平臺上的GPU加速卡，拆除多余的內(nèi)存條，甚至在散熱條件允許的情況下拆除平臺上的風(fēng)扇等。同時，評分依據(jù)的是整個運行過程的峰值功耗，因此計算過程中功耗穩(wěn)定沒有起伏也是很重要的，這點可以通過應(yīng)用的計算分配，控制負(fù)載平衡，以降低功耗峰值。
經(jīng)過緊張的準(zhǔn)備和角逐，南非高性能計算中心參賽隊以最低1700W的峰值功耗成功運行作業(yè)獲得了本題的滿分16分，來自中國的清華大學(xué)參賽隊和上海交通大學(xué)參賽隊分別以以峰值功耗2400W和2700W成功運行作業(yè)分別獲得11.33分和10.07分，他們成為本次11支參賽隊中唯一成功完成本賽題的3支隊伍，出乎意料的是其他8只參賽隊因為各種原因出錯最終都抱憾未能完成這道神秘賽題。
南非高性能計算中心參賽隊 清華大學(xué)參賽隊 上海交通大學(xué)參賽隊
清華大學(xué)隊長李凱威在談及這段參賽經(jīng)歷時表示，這道神秘應(yīng)用賽題非常有意思也極具挑戰(zhàn)性，這道題檢驗了整個團(tuán)隊的綜合能力水平，不僅包括系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化和硬件的穩(wěn)定性，還有對應(yīng)用的理解力以及靈活應(yīng)變的臨場發(fā)揮能力，才有可能在充滿不確定性的神秘應(yīng)用中挑戰(zhàn)成功。他表示，ISC和ASC超算大賽從目標(biāo)上都很明確，不僅考察參賽隊伍超算知識的全面性、理解力和創(chuàng)造性，有著共同的應(yīng)用優(yōu)化訴求，而且強(qiáng)調(diào)實際動手能力來檢驗對超算知識的靈活掌握。
據(jù)了解，上海交通大學(xué)和清華大學(xué)的參賽隊伍此前在ASC14超算競賽中分別獲得總冠軍和應(yīng)用創(chuàng)新獎，在ASC競賽期間需要獨立完成整套超算系統(tǒng)的動手搭建和調(diào)優(yōu)排錯;南非參賽隊也是從參與了南非國家超算競賽的隊員選拔而成，由此可以明顯看出，這些隊員此前經(jīng)歷過的實際參賽動手經(jīng)驗為此次ISC14競賽中取得好成績打下了良好基礎(chǔ)。
新規(guī)則的ISC14神秘應(yīng)用頗有些“七步成詩”的味道，這種檢驗“即興發(fā)揮”能力的比賽形式，也使超算大賽成為超算人才培養(yǎng)的“實戰(zhàn)課堂”，這種創(chuàng)新賽題體現(xiàn)出超算競賽對人才知識掌握的實際動手靈活應(yīng)用能力的重視，值得在超算競賽中進(jìn)一步推廣。