2018 世界大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競賽（ASC Student Supercomputer Challenge，下稱 ASC18）于近日在南昌大學(xué)進(jìn)行歷時(shí)五天的總決賽，誕生總冠軍、亞軍、e Prize 計(jì)算挑戰(zhàn)獎(jiǎng)、最高計(jì)算性能獎(jiǎng)和應(yīng)用創(chuàng)新獎(jiǎng)等多項(xiàng)大獎(jiǎng)，并頒發(fā)總額超過 20 萬元的高額獎(jiǎng)金。最終，清華大學(xué)成功衛(wèi)冕總冠軍，首次入圍總決賽的「黑馬」上?？萍即髮W(xué)收獲亞軍和 e Prize 計(jì)算挑戰(zhàn)獎(jiǎng)兩項(xiàng)大獎(jiǎng)，臺(tái)灣清華大學(xué)獲得最高計(jì)算性能獎(jiǎng)。

ASC18 由亞洲超算協(xié)會(huì)、南昌大學(xué)、浪潮集團(tuán)等單位聯(lián)合舉辦，共有來自北美洲、南美洲、非洲、亞洲、歐洲、大洋洲等 6 大洲、全球 300 多支大學(xué)生隊(duì)伍報(bào)名參賽，再度刷新了往屆參與人數(shù)。

據(jù)雷鋒網(wǎng) AI 研習(xí)社了解，ASC18 的初賽賽題包括 AI 相關(guān)的機(jī)器閱讀理解賽題 Answer Prediction for Search Query、生命科學(xué)冷凍電鏡應(yīng)用 Relion 及超算基準(zhǔn)測試 HPL&HPCG 三項(xiàng)應(yīng)用測試優(yōu)化。根據(jù)比賽要求，團(tuán)隊(duì)需要在 3000W 的總功耗條件下設(shè)計(jì)超算系統(tǒng)方案。參賽隊(duì)伍如何對計(jì)算性能、功耗控制、高速網(wǎng)絡(luò)、加速器、軟件環(huán)境進(jìn)行綜合考量，并設(shè)計(jì)出符合比賽規(guī)定的超算系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，這也是 ASC18 評審委員會(huì)的重要評估標(biāo)準(zhǔn)。

• Answer Prediction for Search Query 基于 CNTK 深度學(xué)習(xí)框架，團(tuán)隊(duì)需要獨(dú)立開發(fā)機(jī)器閱讀理解和問答的算法模型，使用最新超算技術(shù)結(jié)合 MS MARCO 數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，以試圖讓機(jī)器更準(zhǔn)確地回答問題。據(jù)悉，e Prize 獎(jiǎng)項(xiàng)即是專門為本賽題所設(shè)置的單項(xiàng)大獎(jiǎng)。

• 生命科學(xué)冷凍電鏡應(yīng)用 冷凍電鏡技術(shù)能夠幫助突破傳統(tǒng) X 射線、傳統(tǒng)晶體學(xué)長期無法解決的結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域問題。

• HPL&HPCG 是國際通行的超算基準(zhǔn)測試標(biāo)準(zhǔn)，要求超算系統(tǒng)的運(yùn)算性能、內(nèi)存容量、帶寬以及互連性能之間取得平衡。與廣泛使用的 HPL 基準(zhǔn)測試相比，HPCG 評測標(biāo)準(zhǔn)更加復(fù)雜，但 HPCG 更容易反映出有限元法和流體分析等超算實(shí)際應(yīng)用的性能。

經(jīng)過初賽的激烈角逐，主辦方最終從 300 多支隊(duì)伍中甄選出 20 支團(tuán)隊(duì)進(jìn)軍決賽。具備強(qiáng)大競爭力的高校不在少數(shù)，比如曾包攬 2015 年 ASC、ISC、SC 總冠軍的清華大學(xué)；曾獲 ASC14 最高計(jì)算性能獎(jiǎng)的中山大學(xué)；曾獲 ASC13 MIC 應(yīng)用優(yōu)化性能獎(jiǎng)和 ISC13 最高計(jì)算性能獎(jiǎng)的華中科技大學(xué)等。當(dāng)然，也有包括上?？萍即髮W(xué)、南昌大學(xué)等首次參與 ASC 的高校團(tuán)隊(duì)。今年共有五支海外團(tuán)隊(duì)參與 ASC18，包括德國埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)、俄羅斯圣彼得堡國立大學(xué)、匈牙利米什科爾茨大學(xué)、泰國農(nóng)業(yè)大學(xué)及美國德州 A&M 大學(xué)等高校。

在初賽三大命題的基礎(chǔ)上，ASC18 總決賽增加了 NASA Langley 研究中心最新開源的計(jì)算流體力學(xué)軟件 CFL3D 及神秘應(yīng)用 SIESTA。

此次 ASC18 上，以臺(tái)灣清華大學(xué)為代表，共有 11 支參賽團(tuán)隊(duì)打破了浮點(diǎn)性能賽會(huì)紀(jì)錄。ASC18 競賽評審委員會(huì)主席莫?jiǎng)t堯研究員在回顧比賽時(shí)，提及了新一年 ASC 的三個(gè)最大亮點(diǎn)。

• 我們超級(jí)計(jì)算技術(shù)得到了飛速發(fā)展，我們的參賽隊(duì)伍水平也有明顯的提高，兩項(xiàng)綜合起來，才有這樣的好成績。；

• 其次，參賽隊(duì)伍的持續(xù)增長。ASC 超算競賽的一個(gè)主要出發(fā)點(diǎn)就是培養(yǎng)人才，今年有 300 多支隊(duì)伍參賽。青海大學(xué)隊(duì)伍來了，還拿了 HPL 第二名的好成績。當(dāng)然還有東道主——南昌也取得了很好的成績，這也是我們新的突破。還有一些大學(xué)持續(xù)保持了比較良好的競技狀態(tài)。

• 第三個(gè)亮點(diǎn)是 ePrize 獎(jiǎng)的 AI 應(yīng)用。當(dāng)前，超算越來越成為 AI 的支撐技術(shù)。該賽題針對網(wǎng)上提出的問題進(jìn)行回答，回答是否精準(zhǔn)是衡量指標(biāo)，這就需要計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確理解問題的內(nèi)涵。這一次我們?nèi)〉昧撕芎玫某煽?。這三個(gè)方面給了我很深的印象。

在與莫?jiǎng)t堯研究員交流的時(shí)候，他告訴雷鋒網(wǎng) AI 研習(xí)社，從競賽的角度來看，一個(gè)好的超算系統(tǒng)應(yīng)該具備三個(gè)特征。

• 首先要達(dá)到功耗要求。整個(gè)比賽環(huán)境限制了 3000W 的實(shí)時(shí)總功耗，也是對選手如何調(diào)配資源，構(gòu)建「綠色」系統(tǒng)的一個(gè)重要考驗(yàn)。

• 其次，系統(tǒng)的性能需要達(dá)到一個(gè)性能綜合平衡的狀態(tài)，也就是所謂的應(yīng)用上的「通用性」。當(dāng)前，科學(xué)計(jì)算是一類應(yīng)用，大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)是一類。在設(shè)置賽題的時(shí)候，組委會(huì)特意涵蓋了目前超算運(yùn)用的主要分支，這也對團(tuán)隊(duì)的架構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃提出了更高的要求。

• 第三點(diǎn)則是穩(wěn)定、可靠性。一個(gè)系統(tǒng)要真正能應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)業(yè)，不能經(jīng)常出各種問題。

清華衛(wèi)冕，實(shí)至名歸

上屆冠軍清華大學(xué)代表隊(duì)是今年 ASC18 的奪冠熱門。

在 20 強(qiáng)隊(duì)伍中，清華大學(xué)完成賽題數(shù)量最多，且多項(xiàng)賽題中均取得佳績，毫無懸念摘得總冠軍。清華大學(xué)的李北辰同學(xué)告訴筆者，這是他第五次參與超算系列賽事，也是第二次參與 ASC。而團(tuán)隊(duì)中的其它成員都至少有一次參與超算賽事的經(jīng)驗(yàn)，因此可謂是一支訓(xùn)練有素的精良隊(duì)伍。此外，李北辰也提及了他們在確定機(jī)器配置時(shí)的一些心得體會(huì)，在性能與功耗之間取得平衡。比如，他們在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，生命科學(xué)冷凍電鏡應(yīng)用 Relion 在增加硬件的條件下性能并不會(huì)有明顯提升。這些經(jīng)驗(yàn)都為清華大學(xué)代表隊(duì)的成功打下了扎實(shí)基礎(chǔ)，衛(wèi)冕冠軍可謂實(shí)至名歸。

「黑馬」上科大，挑戰(zhàn) AI 閱讀理解

首次入圍 ASC 總決賽的上?？萍即髮W(xué)代表隊(duì)斬獲了亞軍和 e Prize 計(jì)算挑戰(zhàn)獎(jiǎng)，成為 ASC18 的最大「黑馬」。其在人工智能機(jī)器閱讀理解賽題中，針對模型算法和訓(xùn)練性能提出了自己獨(dú)特的創(chuàng)新及改進(jìn)，8 小時(shí)內(nèi)完成大規(guī)模數(shù)據(jù)集的并行模型訓(xùn)練，并實(shí)現(xiàn) 46.46 的高預(yù)測精度，接近世界前沿先進(jìn)水平，獲得 e Prize 計(jì)算挑戰(zhàn)大獎(jiǎng)。

上?？萍即髮W(xué)是以全隊(duì)第一的成績進(jìn)軍決賽的。在比賽現(xiàn)場與微軟代表交流時(shí)，他們也對上?？萍即髮W(xué)在閱讀理解賽題所表現(xiàn)的突出成績感到非常驚喜。

上?？萍即髮W(xué)的殷樹老師在采訪中表示，他們的主要策略是跟蹤學(xué)界的潮流，從前沿成果中吸取經(jīng)驗(yàn)，選取一些高效的部分加入到模型當(dāng)中去。此外他也提及，上?？萍即髮W(xué)的教學(xué)理念，教學(xué)方式，與傳統(tǒng)高校有著相當(dāng)大的不同，學(xué)生在課堂上就已經(jīng)大量積累了編程實(shí)戰(zhàn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，且學(xué)校對學(xué)生們參加各類比賽也持鼓勵(lì)和肯定的態(tài)度。此外，學(xué)校內(nèi)還有一個(gè)學(xué)生社團(tuán) Geek Pie，在本次召集 ASC 比賽團(tuán)隊(duì)的過程中起到了非常重要的作用。

人工智能與超算的結(jié)合并非首次在 ASC 賽場上出現(xiàn)，在 ASC16 上，選手需要對涉及英文、中文普通話、四川方言三個(gè)語種共約 60 萬條科大訊飛提供的語音數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度訓(xùn)練模型；而在 ASC17 中，圍繞百度提供的歷史交通大數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)需要對深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行優(yōu)化，對早高峰的道路交通進(jìn)行預(yù)測。而今年 ASC18 比賽采用的則是一個(gè)比 SQuAD 更具難度的機(jī)器閱讀理解與問答數(shù)據(jù)集——微軟 MS MARCO。

此次 ASC18 競賽的初賽階段，微軟提供了該數(shù)據(jù)集中的部分?jǐn)?shù)據(jù)供訓(xùn)練模型使用，并提供了基于 CNTK 的基準(zhǔn)代碼和相關(guān)論文讓團(tuán)隊(duì)們參考。而在決賽階段，微軟提供了一個(gè)全新測試集供選手們挑戰(zhàn)。

這一賽題基于各參賽隊(duì)訓(xùn)練模型的機(jī)器閱讀理解回答預(yù)測的準(zhǔn)確率，對快速學(xué)習(xí)機(jī)器閱讀理解與問答的算法特點(diǎn)，熟練應(yīng)用 CNTK 深度學(xué)習(xí)框架提出了更高的要求。由于賽題的數(shù)據(jù)集規(guī)模較大，如何充分發(fā)掘利用超算硬件的計(jì)算潛力也成為贏得比賽的關(guān)鍵?！窤SC18 的人工智能賽題要求參賽隊(duì)伍自己動(dòng)手開發(fā)機(jī)器閱讀理解的算法模型，運(yùn)用最新超算技術(shù)來加速訓(xùn)練速度及提高精度，更要用真實(shí)的問題數(shù)據(jù)集來驗(yàn)證模型訓(xùn)練的成果?！?/p>

而臺(tái)灣清華大學(xué)代表隊(duì)采用浪潮 AI 超算服務(wù)器配置 Tesla GPU 加速卡構(gòu)建了先進(jìn)的異構(gòu)加速超算系統(tǒng)，在 3000W 功耗約束下實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng) 42.99 萬億次/秒的持續(xù)浮點(diǎn)運(yùn)算性能，大幅刷新了 ASC17 創(chuàng)下的賽事紀(jì)錄，獲得最高計(jì)算性能獎(jiǎng)。

今年的東道主南昌大學(xué)也有代表隊(duì)首次進(jìn)入決賽圈，南昌大學(xué)朱友林副校長在采訪中也表示，南昌大學(xué)未來將在五個(gè)方面培養(yǎng) HPC&AI 相關(guān)的人才。

• 第一，南昌大學(xué)已經(jīng)決定要成立人工智能研究院，這是一個(gè)校級(jí)研究院，旨在加強(qiáng)人工智能方面的研究。

• 第二，南昌大學(xué)已經(jīng)搭建起深度計(jì)算平臺(tái)同時(shí)與浙江大學(xué)合作成立了虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心，與浪潮合作建立了高性能計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，為我們開展有關(guān)研究提供了一定的條件。

• 第四，南昌大學(xué)去年申請獲批了「數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)」本科專業(yè)，今年準(zhǔn)備招生，培養(yǎng)有關(guān)高素質(zhì)人才。

• 第五，南昌大學(xué)也開設(shè)了一門名為「大學(xué)生超算系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用」的課程，一方面是希望向更多學(xué)生普及超算知識(shí)，另一方面也為參加高水平 ASC 賽事打好人才方面的基礎(chǔ)。

ASC 是由亞洲發(fā)起的世界最大規(guī)模的大學(xué)生超算競賽。由中國在 2012 年倡議成立?！窤SC 旨在通過超算賽事，推動(dòng)各國及地區(qū)間超算青年人才交流和培養(yǎng)，提升超算應(yīng)用水平和研發(fā)能力，發(fā)揮超算的科技驅(qū)動(dòng)力，促進(jìn)科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。」迄今為止，ASC 競賽已吸引全球超過 5500 名年輕人才參與，參賽隊(duì)伍總數(shù)超過 1100 支。

莫?jiǎng)t堯研究員在采訪時(shí)強(qiáng)調(diào)，ASC 競賽的定位首先是培養(yǎng)人才，第二是要推動(dòng)超算技術(shù)的普及。正如 ASC 競賽發(fā)起人、中國工程院院士王恩東所說，「我們希望 ASC 不僅是一個(gè)全球化的超算賽事，也會(huì)成為一個(gè)全球超算領(lǐng)域的交流平臺(tái)，在全球化的產(chǎn)業(yè)交流和發(fā)展中，發(fā)揮越來越重要的作用，這也是我們下一步的工作重點(diǎn)?！古c此同時(shí)王恩東也表示，未來組委會(huì)將繼續(xù)與各方攜手，在賽制、賽題和賽事組織方面增強(qiáng)投入，并希望 ASC 能夠成為一個(gè)公共平臺(tái)，讓不同領(lǐng)域、不同國家和地區(qū)的技術(shù)專家和機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入交流，讓各個(gè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)能夠更好地協(xié)同，從而推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。雷鋒網(wǎng)也同樣期待，下一賽季的 ASC 能帶給我們更多精彩！

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