2016全国并行应用挑战赛 以赛促学助力中国HPC发展

2016全国并行应用挑战赛 以赛促学助力中国HPC发展

文/图 本刊记者 袁怡男

//题图：B23-SW1-01.tif

引言：

近年来，中国在高性能计算领取掌握的话语权越来越稳固，高性能计算产业也正受到越来越多人的关注。然而，对于中国的各行各业来说，超算人才的稀缺是一个迫在眉睫的问题。2013年，由英特尔主导的PAC并行应用挑战赛开始在中国高校举行，仅仅几年之间，这一赛事就成为中国高性能计算领域颇具影响力的高校大赛之一。前不久，第四届PAC全国并行应用挑战赛在西安落下帷幕。那么目前中国高性能并行计算领域的后备人才培养现状如何？本届大赛带来了怎样的启示？请随我们看过来！

耀眼成绩：中国高性能计算突飞猛进【一标】

前不久，在西安召开的2016全国高性能计算学术年会（HPC China 2016）上，中国软件行业协会数学软件分会发布，国家863高性能计算机测评中心、中国计算机学会高性能计算专业委员会联合发布了新一期中国HPC TOP100榜单。

榜单显示，神威·太湖之光超级计算机2016年正式进入榜单并占据榜首，它不仅是中国最高性能的超级计算机系统，同时也是全球最快的系统。据悉，神威·太湖之光由40个机柜，总共160个超级节点组成，每个超级节点含256个计算节点，每个计算节点配备一颗1.45GHz、260核的申威26010处理器，全系统总峰值性能125.4359PFLOPS，Linpack实测性能值为93.0146PFLOPS，是当前排名第二的天河二号系统Linpack测试值的2.75倍。

和2015年相比，2016年中国HPC TOP100榜单的前10名也发生了较大变化，除国防科大研制的三套天河系列超级计算机外，其余7套均为新增系统。在具体的厂商和份额方面，根据榜单显示，曙光、联想以34套系统并列第一；国产高性能计算三强企业合计占系统份额87%；总国产系统份额占比98%，仅一家国外厂商入围。此外，除了神威·太湖之光主要用于科学工程计算外，榜单上的其余6套新增系统均用于新兴的大数据分析及机器学习领域，比如曙光TC6000和联想深腾X8800等。

无独有偶，近日公布的第48届ISC TOP500名单中，神威·太湖之光再次蝉联榜首。无论是中国HPC TOP100还是ISC TOP500，中国超级计算机在这些榜单中取得的优异成绩足以表明，我国高性能计算的发展得到了突飞猛进。

//图：B23-SW1-02.tif  新一期中国HPC TOP100榜单正式公布

//图：B23-SW1-03.tif  曙光、联想以34套系统并列第一

//图：B23-SW1-04.tif  新一期HPC TOP100榜单中，新兴的大数据分析及机器学习领域成了热点。

//图：B23-SW1-05.tif  10月28日，2016全国高性能计算学术年会在西安召开，这次会议主要围绕高性能计算的研究进展、发展趋势和重要应用展开。

产业现状：稀缺本土应用和核心人才【一标】

“中国超算在近几年得到了快速发展，我们已经连续多次取得了世界第一，硬件的计算能力已经是世界领先，高性能计算机的数量也超过了美国，不过我们在人才储备和硬件的应用能力等方面与国际顶尖水平还有着差距。”CCF高性能计算专业委员会秘书长张云泉在HPC China 2016上接受记者采访时如是说到，“硬件的应用能力是当前最大的挑战，我们缺乏很多本土的应用，我们甚至无法把大机器用得更好。另外，高性能计算领域对于复合应用型人才的需求很大，而我们目前极其缺乏相关人才。”CCF高性能计算专业委员会副主任迟学斌也表示：“与国外相比，我们的应用差距主要在积累上，我们现在的积累非常少，在应用的积累方面我们没有成型，没有真正形成软件生态。”

确实，中国超算长期以来都饱受“重硬轻软”的诟病，应用软件成为制约中国超算发展的突出瓶颈。在欧美国家的高性能计算产业，从高性能计算所需的核心处理器芯片到配套软件，再到行业推广应用，已经形成一个完整而庞大的产业链条，而国内由于系统开发工具的缺乏以及看不到能从市场上获得快速回报，大量软件企业难以投入研发与国产高性能计算核心芯片相配套的应用软件，相关应用软件寥寥无几，因此导致国产高性能计算难以推广应用。

另一方面，我国的高性能计算教育还不普及，各高校在高性能计算教育实践中还面临着课程设置、教师队伍和实验环境建设、实践活动安排等方面的许多问题和困难。而且，高性能计算领域需要的是复合应用型人才，超级计算机只是一个工具，只有在不同学科得到很好的应用才能体现出其价值。因此，如果想要进一步用好中国庞大的超算资源，应用与人才这两方面的短板必须得到补足。

//图：B23-SW1-06.tif 英特尔至强融核产品家族助推高性能计算广泛应用于深度学习、人工智能等新应用领域。

//图：B23-SW1-07.tif 英特尔公司中国区企业事务部总经理朱文利表示，并行应用挑战赛是英特尔推动教育发展，培养创新人才的重要举措之一。四年来，大赛对高校并行计算相关课程的推进起到了重要作用。

以赛促学：PAC大赛助力创新人才培养【一标】

如前文所说，我国高性能计算若想获得长久的发展，不能仅仅依赖于技术的突破，更重要的是依托高性能计算人才培养体系的建立和完善，“英特尔杯全国并行应用挑战赛”就在践行着这一理念。

“全国并行应用挑战赛（PAC，Intel Cup Parallel Application Challenge）”由英特尔和CCF高专委联合发起，自2013年到现在已经是第四届了，四年的时间里累计有300多家高等院校、机构中的2500名师生参与比赛，为国内高性能计算人才培养提供了基于业界前沿产品架构与领先技术的竞赛和实践平台。

在HPC China 2016现场，2016年全国并行应用挑战赛也决出了最终获胜团队。来自中山大学的sysu-vision队、中国科技大学的鸿雁应用队和信息工程大学的信大0队在经过百余天的激烈竞争后，凭借极具创新性和应用价值的高性能计算解决方案获得了评委的广泛好评，分别荣获大赛的最佳应用金奖和最佳优化金奖。

“这一届的并行应用挑战赛汇聚了来自全国85所科研机构、高校和企业的256支参赛队伍，报名单位较去年增长54%，报名队伍实现了11.8%的增长。”英特尔公司中国区企业事务部总经理朱文利在赛后的采访中表示，“并行应用挑战赛是英特尔推动教育发展，培养创新人才的重要举措之一。四年来，大赛对高校并行计算相关课程的推进起到了重要作用。英特尔致力于践行自身的社会责任，与包括政府、高校在内的合作伙伴建立广泛的生态合作，共同助力教育事业在中国的创新发展。”

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TIPS：专家观点

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CCF高性能计算专业委员会的秘书长 张云泉

从培养人才的角度和寻找最佳应用的角度，我们来设计了这个大赛，大赛的赛制和它的规则都是为这两个目的服务。为了突出对应用的强度和支持，我们把比赛分为两个方向。比如优化大赛面向任何人，它主要是从科普的角度和推进全民对高性能计算认知的角度来设计的。而最佳应用大赛则瞄准戈登·贝尔奖，相对来说它主要面向专业人士，他们可能长期从事高性能计算，在行业用户里长期从事并行应用的开发，他们一般都得积累五到十年的应用才有可能参加我们的比赛获得荣誉。

今年的大赛运行情况不错，整个评委和选手们反响很好。不过从评审角度来说，好的作品还真是不多，还需要继续培育。当然这里面也有一些作品能够让我们眼前一亮，这是我们感到欣喜的地方。

今年还有一个特点，由于随着大数据时代的到来，包括互联网大数据的普遍应用，今年参加大赛的作品里面面向深度学习网络，包括神经网络算法、深度学习算法等方面的作品也逐渐增多。特别是今年获得金奖的作品本身就是深度学习式算法，把这个算法扩展到天河二上扩展了1200多个节点，近2万个核的可扩展性，这在业界也是很好的水准。

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TIPS：教师代表观点

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山东大学计算机科学与技术学院 刘卫国

PAC大赛的形式非常丰富，既有普及型的优化大赛，也有面向专业型的应用大赛。当初，并行计算在我们的课程指导原则设置之前，并不是我们本科教学的一个主要方向，但PAC比赛让学生们对这个领域产生了兴趣，所以后来越来越多的学生来选我开设的并行计算这门课。从第一次参加第一届PAC比赛到现在，我们已经连续参加了四次PAC比赛，其中前三次获得了铜奖，今年获得了两个银奖。欣慰的是，这次参赛中的主力队员就是当年参加第一届PAC比赛的本科生成长起来的。从以赛促教以及人才培养方面来说，PAC比赛把人留住了。

另外，我个人在研究高性能的生物信息学，比如生物大数据分析，我们的团队从参加第一届PAC比赛的应用组开始，四年间一直在提交关于高性能生物大数据处理的不同作品。最近，我们把去年获得铜奖的作品作为科研成果全文发表在了生物信息领域的顶级会议“BIBM”上。对于今年的作品，我们也计划进一步把它完善，争取把它移植到天河二上面，然后发表到一个顶级会议上。所以，我认为PAC比赛对以赛促研层面来说也是非常受益。

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总体来讲，PAC大赛带动了国内高校并行计算课程的普及，吸引越来越多的教师加入并行与分布式计算的课程建设中，从教材、课程资源、实践等环节不断积累经验，以期形成更多优秀的课程。从学生角度来看，选手们通过参加PAC大赛，将课本知识与实践应用相结合，激发了学生的学习兴趣与创新能力，有效促进了学生并行计算思维和方法的学习。从英特尔角度来说，未来英特尔还将不断拓宽高性能计算产业与学术界的交流渠道，依托PAC等活动推进产学研合作，加快技术创新，加速高性能领域创新人才培养。