宇宙、生命和霧霾，這些困擾人類的難題是全球成千上萬的科學家們致力于研究的領域，大學生挑戰(zhàn)這三大難題似乎聽上去有些“天方夜譚”。5月18日，2015 ASC世界大學生超級計算機競賽(ASC15)將在太原理工大學舉行，來自全球16支高校代表隊的近百名大學生們，將用自己的智慧和創(chuàng)造力，嘗試提高宇宙探索、生命科學和霧霾研究中的超級計算效率。
即將開始的ASC15總決賽選定了7道各具價值的超算試題，將全面考察大學生對前沿科學研究的超算應用知識和能力。其中，全球最大天文學國際合作項目SKA(平方公里陣列望遠鏡)的數(shù)據(jù)處理軟件Gridding，廣泛應用在生命科學領域的納米尺度的分子動力學軟件NAMD，以及目前最先進、應用最廣泛的空氣質量數(shù)值預報模式WRF-CHEM， 直指宇宙探索、生命奧秘和霧霾預報領域的計算效率問題。這也讓人更加關注，大學生們是否能夠憑借自己的智慧和創(chuàng)造力，完成挑戰(zhàn)。
Gridding是SKA數(shù)據(jù)處理過程中是最耗時的步驟之一。在宇宙研究中，科學家們無法對射電望遠鏡接收到的數(shù)據(jù)進行直接解讀，而是需要對這些數(shù)據(jù)進行“加工”，生成一幅幅的天空圖像，從不同周期的天空圖像中發(fā)現(xiàn)星體軌跡、星球誕生和滅亡等種種變化并進行研究。Gridding軟件的作用簡單來說，就是將機器能識別的數(shù)據(jù)轉換成科學家們能看懂的圖像。然而，SKA每秒采集的數(shù)據(jù)量計劃大于12Tb，相當于2013年底中國互聯(lián)網國際出口帶寬的3.5倍，其中接近50%的海量天文數(shù)據(jù)需要Gridding軟件進行處理。這種規(guī)模的數(shù)據(jù)按照現(xiàn)有的技術，需要動用百億億次級別的超級計算機才能完成處理，投資巨大且不說，單單每年的電費支出就將是一筆天文數(shù)字。因此，SKA的科學家們希望能夠通過ASC15大賽，對Gridding進行MIC眾核并行優(yōu)化，大幅提高數(shù)據(jù)處理的速度，從而降低對高性能計算平臺的硬性需求。據(jù)透露，本次經過各參賽隊伍優(yōu)化后的結果，將反饋給SKA組織參考采用。
NAMD能夠在大規(guī)模并行計算機上快速模擬大分子體系，并從幾百個內核的典型模擬擴展到超越 500,000 內核的最大模擬。這一軟件曾獲得過2002年超算界最高榮譽的戈登·貝爾獎和2012年的西德尼·費恩巴赫獎，是生命科學研究領域“皇冠”上最耀眼的“明珠”之一。
WRF-CHEM已經成為世界各國預測霧霾以及PM2.5顆粒、PM10顆粒、二氧化硫等有害空氣成分變化的主要技術手段。眾所周知，霧霾研究的前提需要建立在對霧霾有深刻了解的基礎上，WRF-CHEM有價值之處在于，科學家們可以依據(jù)觀測到的各種空氣化學成分數(shù)據(jù)，在超級計算機上模擬霧霾形成的過程，并通過改變不同的化學反應參數(shù)，來與最終實際檢測到的霧霾進行對比，從而發(fā)現(xiàn)霧霾形成的真正原因。不過，由于大氣中的化學成分極其復雜，當模型越接近真實情況，則意味著計算機模擬需要進行的運算量越大，耗費的時間會越長。因此，提高WRF-CHEM的運行效率，有助于更快的開展對霧霾的各種研究。
科技的進步讓我們解決了很多之前無法克服的難題，同時也讓我們發(fā)現(xiàn)了更多的問題。然而，在這一過程中，人類對自然的認識更加深刻，征服自然、改造自然的能力也隨之提升。對于參加ASC15的大學生們來說，挑戰(zhàn)成功與否或許并不是那么重要，重要的是在挑戰(zhàn)的過程中，能夠讓自己加深世界的認識，在深邃而迷人的科學世界中邁出向前的一步。
ASC世界大學生超級計算機競賽是由亞洲發(fā)起的世界最大規(guī)模的大學生超算競賽，由中國倡議成立，與日本、俄羅斯、韓國、新加坡、泰國、中國臺灣、中國香港等國家和地區(qū)的超算專家和機構共同發(fā)起并組織，并得到美國、歐洲等國家地區(qū)超算學者和組織的積極響應支持。ASC競賽旨在通過大賽的平臺，推動各國及地區(qū)間超算青年人才交流和培養(yǎng)，提升超算應用水平和研發(fā)能力，發(fā)揮超算的科技驅動力，促進科技與產業(yè)創(chuàng)新。