HPC的未来在哪里

郭涛

10月21日，第五届“英特尔杯”全国并行应用挑战赛（简称PAC大赛）圆满结束，这也是HPC China 2017的压轴大戏。西安电子科技大学CEM团队的参赛作品“超大规模并行电磁计算”作为赛前的大热，最终毫无悬念地夺得大赛应用组一等奖。从5年前创办时的默默无闻到今天成为同类竞赛中的佼佼者，PAC大赛承载了主办方深切的期待，成了发掘和培养HPC顶尖人才的聚宝盆，也是HPC创新应用的试验田。

建立人才培养的“百年老店”

作为大赛的主办方之一，英特尔公司将PAC大赛视为自己的孩子，全心投入，并且为这5年来取得的成果感到骄傲和自豪。“2013年大赛创办第一年，仅有43支参赛队伍；2017年参赛队伍首次突破300支。”英特尔中国区企业事务部总经理朱文利总结说，“5年来，通过举办大赛，我们在学生培养、学校师资和课程建设、回馈社会等方面取得了非常显著的成效。支持大赛的举办与英特尔公司一直秉承的創新精神一脉相承。”

具体来看，大赛将最新的信息技术带入校园，让更多学生有了动手实践的机会，提升了自身的整体水平，增强了创新意识。一些从大赛中脱颖而出的学生在参加工作后，又自己组队再次参加了今年的大赛，而且取得了不错的成绩。这说明大赛已经在高校学生甚至行业中树立了品牌知名度。

另外对于参赛的学校来说，大赛还起到了以赛促教、以赛促学的作用，带动了教学改革，让更多“211”和“985”高校之外的大学也能有机会一展所长。

“比赛规模、影响力的扩大固然重要，但是通过5年经验的积累，我们不断创新、调整比赛的内容、评审机制等，已经初步形成了一套较完备的比赛规则和生态，这才是大赛能够长久举办下去的根本保证。”全国并行应用挑战赛评委会主席、中科院研究所研究员张云泉教授表示，“回归初心，举办大赛就是为了培养人才，寻找HPC最佳实践，从而推动HPC应用和相关软件产业的发展。”

去年是HPC行业发展30周年。我国的HPC产业快速崛起，在硬件和整体系统设计方面已经步入世界先进水平，比如“神威·太湖之光”曾蝉联全球HPC系统测试性能第一。但是，张云泉也指出，由于过去存在“重硬轻软”的问题，我国在HPC硬件和软件（包括人才）投入上的比例是9：1，导致发展不均衡，硬件已经领先，但在软件应用和人才培养方面仍稍显滞后。

大赛包含优化组、应用组和人工智能组三个赛道，目的就是想尽快弥补我国在HPC软件应用和人才培养方面的短板。通过5年的发展，上述短板已经有了明显的改观。“现在，我国的HPC人才供不应求。我自己带过的一个博士生，毕业几年后，年薪已达百万元。”张云泉表示，现在HPC市场又出现了一次发展高潮，HPC与云计算、大数据、人工智能等的融合将极大地促进HPC未来的发展，市场前景十分广阔，尖端人才的培养尤为重要。

作为获得应用组一等奖的CEM团队的指导老师，西安电子科技大学电子工程学院博导、张玉教授，谈了自己关于人才培养的一点担心，就是高校科研留不住优秀人才。获奖的“超大规模并行电磁计算”项目，是历经18年的一项研究结果，目前仍在不断优化和发展之中，它凝聚了几拔老师和学生共同的心血。

“经过多年培养，我们的学生刚刚能够独当一面，就被企业高薪挖走了，我们又不得不重新选材培养，这对一个项目的长期发展不利。”张玉呼吁，高校应该建立更合理和完善的评价体系，留住人才，这样才能建立科研的“百年老店”。

寻找HPC“中国好应用”

设立大赛的目的之一，就是寻找中国HPC领域的优秀应用，张云泉称之为HPC领域的“中国好应用”！“超大规模并行电磁计算”就是名副其实的“中国好应用”。

超大规模并行电磁计算理论与应用研究，结合我国超级计算机系统，突破了超大规模并行矩量法矩阵方程构建、大型矩阵方程高效并行求解等一系列关键理论与技术，并行规模成功突破20万个CPU核，实现了国际上规模领先的并行电磁仿真计算，研制出国际一流的高精度电磁仿真设计软件系统。

该软件可广泛应用于电磁相关领域，并已完成国内数十家重要研究机构电磁仿真设计任务，在重大工程应用中起到了关键支撑作用。举例来说，该软件已经成功应用于民航客机与高铁电磁环境效应仿真、基站天线电磁辐射灾害评估、5G移动通信天线系统设计等民用重点领域。相关研究成果还曾入选国家“十二五”科技创新成就展。

如今，中国的城填化建设正不断升温，在许多城市，大量新楼盘拔地而起，而距离楼盘很近的地方就是高压电线或无线发射基站，居民们担心身体健康会受到辐射影响。以前，没有一个准确的计算方式，能在站台设备安装之前定量地预测小区和室内的场值，而是主要依靠事后测量。基于超大规模并行电磁计算研制出的高精度电磁仿真设计软件系统就解决了这个问题，并且已经在澳门得到了实际应用。

由此可见，参加大赛的很多项目并不是停留在理论研究的阶段，而是与实际应用相结合，真正解决了企业和人们生活中的各类问题，既具有技术先进性和前瞻性，又具有实用性。这也是PAC大赛的一个特色。

特别值得一提的是，超大规模并行电磁计算项目运行在天河二号超算计算机之上，其设备的整体效率达到70%～80%，远高于业界平均30%～40%的水平。如今，中国不仅在HPC系统设计上领先，拥有全球最快的超算计算机，而且在顶级应用方面也开始爬坡，有了长足的进步。

张云泉在总结大赛5年来取得的突破时也指出，寻找HPC最佳应用的目标得到了很好贯彻。回想大赛刚举办时，评委们对于参赛项目的整体质量并不满意。今年的大赛，排名靠前的几个项目的计算规模都达到了几十万个CPU核。其中，超大规模并行电磁计算项目在宣讲完毕后，评委们没有任何异议，获得一等奖实至名归。

“培养人才、创新应用、构筑生态，这是大赛不变的目标。”张云泉表示。

人工智能砥砺前行

今年大赛的一个重大变化是，新增了人工智能组的赛道。这与近年来人工智能在全球的迅速崛起密不可分。在中国，人工智能已经上升为国家战略。

《新一代人工智能发展规划》中提出了新一代人工智能发展分三步走的战略目标，到2030年，中国人工智能理论、技术与应用总体将达到世界领先水平，成为世界主要人工智能创新中心。

英特尔人工智能产品部高级总监何京翔博士表示，“分析+人工智能”是大势所趋，将极大地改变人们的生产、生活。

张云泉介绍说，本次大赛之所以增加人工智能组赛道，就是要迎接挑战，知难而上，不仅要用HPC更好地服务科学计算，还要支持大数据、人工智能等应用。本次大赛人工智能赛道的赛题为基于自然语言处理的金融营销活动情感分析，希望能够借此帮助金融行业对营销活动的效果进行评估分析。全国并行应用挑战赛人工智能赛道评委会主席、中国科学技术大学博导、科学与技术学院副院长陈恩红教授介绍说，有60多支队伍参与了人工智能组的比拼，整体水平令人满意。

“在全球范围内，人工智能人才都十分缺乏。中国政府对人工智能的重视，对人才培养、科学研究、大学学科建设、构筑生态环境等将起到非常积极的促进作用。”何京翔表示，英特尔也成立了专门的人工智能部门，不断加大投入。endprint