ASC19世界超算大赛擂台已建， 群雄角逐谁将折桂？

房晓楠

作为与美国SC、德国ISC并称全球三大超算竞赛的ASC大学生超算竞赛，一直以来，因其极具挑战性，且赛题不断努力与国际大科学问题相结合，以提供参赛队员更多与国际大科学工程的亲密接触机会，吸引了世界各国大学生的争相参与。而今年，ASC19世界超算大赛的擂台也已经搭好了，群雄角逐，谁又将摘得桂冠呢？

什么是超级计算机？如果打开搜索引擎，你会看到上面躺着这样一个词条：能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑。

也许，看了这一空洞、单一的解释，你还是会觉得困惑，“大资料量”有多大？“快速运算”又有多快呢？

简单来说，在超算的世界里，计数单位是万亿次，有着每隔半年便更新一次的“超算英雄榜”——世界500强名单。运算能力是衡量超级计算机能否登榜的“硬核标准”，如果一台机器的运算能力达不到每秒500万亿次，它的名字将会被“无情地”从榜单中抹掉。以中国自主研发的超级计算机“神威·太湖之光”为例，它的峰值运算速度不断提升，最终达到每秒12.5亿亿次，“1”后面17个“0”，大致相当于200万台普通电脑同时运行。正是凭着这样的成绩，“神威·太湖之光”从2013年至2018年6月，连续四次稳坐榜首。

如果，你觉得这些庞大、复杂的超级计算只是存在于实验室，与我们的日常生活遥远而又无关，那就错了。

一直以来，超算技术都被视为一个国家创新能力乃至综合国力的象征，与我们的生活息息相关。它在诸如国防、医疗、高能物理、气象预报、地震海啸预测、军事、航天等高科技领域和尖端技术研究方面发挥着至关重要的作用。因此，在全球范围内，对于超级计算能力的追求成为各个国家奋力角逐的目标，竞争日趋白热化。

而在超级计算技术如火如荼发展的同时，人才紧缺也是超级计算领域一个不容小觑的问题，但人才的培养不是一朝一夕的事情。该如何加强超算人才的培养，搭建超算领域的人才梯队呢？也许，ASC可以告诉我们答案。

不久前，2019ASC世界大学生超级计算机竞赛（ASC19）启动仪式在北京举行，中国工程院院士、各大超算中心负责人、超算与人工智能专家，以及参赛队师生代表等数百人参加了会议。

什么是ASC？

ASC，全称ASC Student Supercomputer Challenge（ASC世界大学生超级计算机竞赛）是由中国发起的世界最大规模的大学生超算竞赛，与美国SC、德国ISC并称全球三大超算竞赛。

ASC Student Supercomputer Challenge发韧于2012年，经过7年发展，经历了从中国到亚洲，再从亚洲到世界的规模升级，影响力不断攀升。迄今为止，ASC竞赛已吸引到全球超过7000名年轻人才参与，参赛队伍总数超过1400支。

而此次，ASC19吸引了全球六大洲超过300支高校队伍报名参赛，通过预赛决出的20强将进入4月21日-25日在大连理工大学举行的总决赛。

赛题难度升级，打通学科壁垒

作为世界上规模最大的大学生超算竞赛，ASC的每一次赛题都引起参赛选手及业内人士的关注，而往届ASC赛题又有怎样的特点呢？

ASC15，与世界最大射电天文望远镜项目SKA合作，将其应用Gridding作为赛题。

ASC17，采用戈登·贝尔奖入围应用高分辨率海浪数值模拟MASNUM及无人驾驶领域AI应用作为竞赛赛题。

ASC18，将冷冻电镜的核心应用三维重构软件Relion作为竞赛赛题，而这可是2017年诺贝尔化学奖冷冻电镜技术的核心应用。

从往届ASC这些看似遥远而又关乎人类共同命运的赛题中，我们不难发现，ASC一直在不断努力将竞赛与国际大科学问题结合，以提供参赛队员更多与国际大科学工程的亲密接触机会。

那么，ASC19的赛题又会有怎样的惊喜呢？

ASC19赛题包括研究全球气候变化的地球系统模式CESM，人工智能图像超分辨率重建SR，以及HPC国际通行基准测试HPL和HPCG。

CESM赛题要求参赛大学生队伍利用超级计算机，推演工业革命开始前10年以及21世纪前10年全球气候变化的过程，这将让大学生们有机会接触到目前国际上最前沿的气候变化科学工程。

CESM是当今国际上应用最为广泛的气候模型，同时也是联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）撰写第五和第六次评估报告所使用的主要气候模型之一。CESM是一个完全耦合的气候模型，包括大气、陆地、海洋、海冰、陆冰等几大模块，利用物理、化学、流体力学等方程式，外加由实际观测得到的气候场资料作为起始状态，最终在超级计算机上再现气候变化的过程。科学家们运用CESM来模拟海洋生态系统与温室气体的相互作用，臭氧、粉尘和其他大气化学物质对气候的影响，大气、海洋和地表的碳循环，以及温室气体对高层大气的影响等，还可以探索更广阔的应用空间。

从这里我们不难看出，相较以往，ASC19的赛题难度升级，地球气候模式CESM赛题所涉及的学科知识更为庞大、复杂，不仅要求学生有深厚的计算机知识储备，还要对物理、化学、流体力学、气象学，以及地理等学科知识都所了解，这样的赛题设置是出于怎样的初衷呢？

对此，中国科学院大气物理研究所所長助理、LASG国家重点实验室副主任（地球气候模式CESM赛题负责人）周天军表示，超算大赛将气候问题作为主题之一，客观上将会让更多从事超算研究的人才对气候问题产生浓厚兴趣。我们国家是一个超算大国，但还不是一个应用大国，在许多基础软件应用方面，与世界强国还存在一定的差距，具体体现在应用方面。比如说大气科学领域就是其中一个方面。目前，我们面临着非常严峻的超算人才不足问题，大学里现有的院系、专业，以及课程设置，基本是按照专业领域进行划分的，而超算涉及到结构基础、结构问题、操作系统问题、应用软件等，必须在各个层面都有一定的背景，才能把超算的效率发挥到最大。而现在大学生的教育，很难把各个环节打通，其中一个原因就是，本科学生满足于自己专业层次的教育，没有进行进一步的延伸。而地球系统模式和超算结合，希望未来能推动超算领域的人才与气候领域的研究合作。

近年来，随着深度学习等人工智能技术的发展与进步，人工智能的热潮席卷人们生活的各个领域。而在用深度学的方法处理图像、语言、视频等问题时，背后所需要的计算量是非常大的。如何使用高性能计算的方法、工具来解决实际生活中的AI问题，也正是ASC竞赛所一直关注的。

此次，ASC19要求各参赛队伍自行设计图像超分辨率算法（Super-Resolution，简称SR），并训练相应的AI模型，利用超级计算机在尽可能短的时间内将80张模糊不清的图像还原成高分辨率图像，同时在相似度上符合标准。图像超分辨率SR技术是近几十年来广受关注的一项视觉计算技术，其目标是将低分辨率图像恢复或重建为高分辨率图像。随着深度学习技术特别是生成对抗网络GAN被引入到SR研究中，这项技术可以广泛应用于卫星和航天图像分析、医疗图像处理、压缩图像/视频增强及其他应用领域。

从关乎人类命运的地球气候观测到解决实际问题的人工智能图像超分辨率重建SR，ASC竞赛赛题设置都在不断鼓励学生参与到实际问题的挑战中，结合多学科之间的知识交叉，进行思考与创新。

正如ASC竞赛发起人、中国工程院院士、浪潮集团首席科学家王恩东所说，ASC一直致力于构建国际青年人才交流合作平台，引导参赛学生发挥创造力和团队精神，通过设置国际大科学工程和人工智能等前沿技术赛题，让年轻学子们亲身感受关乎人类福祉和文明进步的全球重大挑战，这将有助于培养具有国际视野、前沿技术思维的复合型超算及人工智能人才。

ASC19通过预赛决出的20强将于4月21日-25日在大连理工大学举行总决赛。作为总决赛东道主，大连理工大学副校长姚山在启动会上表示，大连理工大学作为国家双一流建设高校，非常注重发展超级计算，成立了超算中心作为助推一流大学和一流学科建设的重要公共科研平台。同时，也非常重视超算人才培养，多次参加ASC并取得优异成绩。主办ASC19世界超算大赛将有力地推动大连理工大学的超算人才培养、国际交流合作与学科建设。

寻找冠军并不是目标

青年是国家的未来和希望，在发展日益加速的时代中，人才在各个领域的需求量在不断扩大，如何加强对青年人才的培养，是值得业界思考的问题。

时代的巨轮在加速前进，经过近三十年的努力，我国超级计算机的研制水平和性能已经居于全球领先水平，但培养更多的超算应用人才，让更多的人才掌握超算技术的需求更为迫切。

如今，随着互联网、大数据、人工智能等新技术和新应用的快速发展，超算的应用领域和范围还将进一步的拓展。这就需要越来越多的既精通专业领域知识，又熟悉并行软件开发的复合型人才。而大学阶段，对于青年人来说，既是增长知识的学习期，也是培养创新精神和工程能力的起步期，ASC竞赛通过吸引世界各国大学生广泛参与，结合国际大科学问题和重大应用场景设置赛题，并且引入世界顶级的超算系统作为竞赛平台，为广大的参赛选手搭建了一个开拓视野，交流技术，锻炼能力，增进友谊的大舞台，它将会对培养高水平复合型的超算人才发挥重要的作用。

ASC组委会委员、浪潮人工智能与高性能产品部总经理刘军坦言，ASC竞赛最重要的一点就是能够为学生们提供一个机会和平台，让他们进入超算的大门，把学习和研究的方向放在超算和交叉学科上面，通过竞赛形成自身对于超算学科、计算机体系发展的认知，掌握超算在不同领域应用的能力和基础，不管在比赛中获得的名次如何，这种能力和基础都会为他以后的学习研究或是工作生涯奠定堅实的基础。“ASC竞赛也许并不能立刻选出很多天才型选手，马上改变世界，但是我们可以看到，8年或是18年后，一定有能够改变世界的学生脱颖而出。现在，已经有学生在一些领域做得非常出色了，而这才是ASC竞赛对于人才培养的意义所在。”

人才的重要性不言而喻，但人才的培养不是一蹴而就的事情，也许通过一届又一届的ASC竞赛，为青年搭建一个平台，让更多的青年学生进入超算世界，能够为超算领域培养长序的人才阶梯队伍，助力超级计算的发展，正如刘军所言，这正是ASC竞赛的意义所在。