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凌晨1點46分，鐘發(fā)海終于將所有的參賽作品提交到2018ASC世界大學(xué)生超級計算機競賽組委會郵箱。幾個小時前，他和團隊成員還在編寫腳本，處理最后一遍審核作品時發(fā)現(xiàn)的格式錯誤。
ASC世界大學(xué)生超級計算機競賽（簡稱“ASC超算競賽”）由中國發(fā)起組織，由亞洲超算協(xié)會和中國浪潮公司聯(lián)合主辦，是世界上最大規(guī)模的超算競賽，與美國SC、德國ISC并稱為國際三大超算賽事。2018年初，我校物理工程學(xué)院的羅榮輝副教授和河南省超級計算機中心的尚遠(yuǎn)博士，從有計算機相關(guān)比賽經(jīng)驗的同學(xué)中挑選出6名本科生，組成了鄭州大學(xué)代表隊：物理工程學(xué)院2016級的鐘發(fā)海、2015級的馬天翔，力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院2015級的孔文雁，臨床醫(yī)學(xué)系2013級的郭佶睿，以及國際學(xué)院2015級的耿金貴、2016級的劉旭。2018年5月，他們代表學(xué)校參加了2018ASC世界大學(xué)生超級計算機競賽，與來自全球高校的300多支隊伍進(jìn)行了角逐，最終獲得二等獎的好成績。
此次ASC超算競賽的題目為復(fù)合型，要求參賽隊伍在3000瓦功耗約束下自行搭建超算系統(tǒng)，運行和優(yōu)化國際通行基準(zhǔn)測試HPL系統(tǒng)和基準(zhǔn)測試HPCG系統(tǒng)、2017年諾貝爾化學(xué)獎冷凍電鏡技術(shù)的核心應(yīng)用RELION系統(tǒng)以及微軟人工智能閱讀理解系統(tǒng)。團隊成員在此之前從未受過專業(yè)的系統(tǒng)訓(xùn)練，對計算機底層原理的認(rèn)知不夠深入，所以在提升運算速度方面存在很大困難。計算機底層原理的運用為何如此重要？鐘發(fā)海舉例說：“比如計算π的值，用普通計算機編程知識編寫程序，可能需要十幾秒才能算出結(jié)果，但是運用計算機底層原理知識，例如循環(huán)展開、寄存器等，可以讓硬件的性能得以最大限度的發(fā)揮，運算速度能夠提高十幾倍?！?br> 為了尋找解題思路，團隊成員在現(xiàn)有知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，查閱了百余篇英文文獻(xiàn)。遇到自己不懂的計算機底層原理專有名詞，他們就一個一個地查字典，力求準(zhǔn)確掌握、理解透徹。在解決RELION題目時，馬天翔發(fā)現(xiàn)了自己在基礎(chǔ)知識上的欠缺，于是他從零開始學(xué)習(xí)大部分計算機專業(yè)學(xué)生都沒有接觸過的Linux操作系統(tǒng)。
在團隊里，郭佶睿主要負(fù)責(zé)硬件構(gòu)建，包括CPU、顯卡等硬件的選擇和組建以及系統(tǒng)裝配，孔文雁負(fù)責(zé)基準(zhǔn)測試，鐘發(fā)海和馬天翔負(fù)責(zé)2017年諾貝爾化學(xué)獎冷凍電鏡技術(shù)的核心應(yīng)用RELION的題目，耿金貴和劉旭負(fù)責(zé)人工智能閱讀理解的題目。由于團隊成員來自不同的校區(qū)和院（系），工作內(nèi)容又各有分工，所以他們大部分時間選擇在線上進(jìn)行交流討論，討論出新的思路或方案后又埋頭于各自的工作。
郭佶睿雖然是臨床醫(yī)學(xué)系的學(xué)生，但是他對無線電技術(shù)十分感興趣。他是信息工程學(xué)院無線電協(xié)會的一員，多次參加有關(guān)無線電通訊類的比賽，對計算機硬件及網(wǎng)絡(luò)有比較深入的了解。但是參加此次比賽，他卻面臨著一個巨大的難題———缺少構(gòu)建超算平臺所需的硬件。“巧婦難為無米之炊”，這讓有過ASC大賽經(jīng)驗的郭佶睿相當(dāng)頭疼。硬件的缺失幾乎讓整個團隊寸步難行，沒有硬件就無法搭建超算平臺，也就無法進(jìn)行項目測試。
面對困難，團隊成員并沒有氣餒，想盡各種辦法來克服困難、創(chuàng)造條件?？孜难阍趤嗰R遜等平臺上租用超算服務(wù)器對自己的項目構(gòu)思進(jìn)行測試?！坝捎谑峭ㄓ玫姆?wù)器，所以很不穩(wěn)定，需要長時間盯著，非常耗費精力，速度也很慢。”孔文雁說。耿金貴和劉旭也同樣受到硬件缺失的影響，他們選擇了更加直接的方法：“我們?nèi)ゾW(wǎng)吧通宵，選擇了幾臺顯卡配置為GTX1080Ti的電腦，臨時搭建了一個超算平臺，盡可能地提高人工智能回答問題的準(zhǔn)確度?！?br> 為了合理調(diào)配手中的資源，隊員們根據(jù)各項任務(wù)的緊迫程度制定了一個時間表，以保證在同一時間段內(nèi)，超算平臺只“跑”一組數(shù)據(jù)，從而提高整體效率。鐘發(fā)海說：“這就好比是一個水管，如果接5個水龍頭，雖然每個都能出水，但出水量都很小，如果只接一個水龍頭，出水量卻要大得多?！睘榱斯?jié)約運算資源，他們減少了運算數(shù)據(jù)量，通過小容量的測試來對自己的想法進(jìn)行原理性驗證。“沒有運算資源的時候，我們就查閱資料，分析一下現(xiàn)有成果，再做一些設(shè)想，一旦手頭有可用的計算資源，就馬上驗證我們的設(shè)想?！惫ヮＵf。
所謂人工智能機器閱讀理解，就是需要參與者自行設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，讓人工智能機器來回答大賽指定的問題。為了盡可能地提高準(zhǔn)確率，劉旭和耿金貴不斷調(diào)整參數(shù)，改變內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，從而使準(zhǔn)確度評分大幅度提升，達(dá)到31.74分。
運行RELION系統(tǒng)，就是執(zhí)行2D、3D分類以及最終3D重建的圖像分析。在這一挑戰(zhàn)中，隊員們需要合理配置運算資源以減少運算時間。最初，2D、3D分類任務(wù)需要運行9千余秒，3D重建任務(wù)需要運行8萬余秒，相當(dāng)于一天左右的時間。為了提高運算效率，隊員們對編譯器、MPI軟件、GPU等軟件進(jìn)行了協(xié)同優(yōu)化，設(shè)計出合理的程序方案。不同的程序方案有不同的優(yōu)化方向，具體到某一個任務(wù)上，測試一次需要百余種優(yōu)化。為了減少計算占用的資源，鐘發(fā)海和馬天翔不得不對優(yōu)化方向進(jìn)行排列組合，不斷嘗試，尋求協(xié)同優(yōu)化。在嘗試了十幾種優(yōu)化方案后，2D、3D分類任務(wù)運行時間縮短至3千余秒，3D重建任務(wù)運行時間縮短至4千余秒，運算效率分別比原來提高了3倍和20倍。
在備戰(zhàn)比賽的過程中，團隊成員一直將“Thereisnoshortpathtosuccess”當(dāng)作座右銘———“成功之路無捷徑”。在這場競爭激烈的拉鋸戰(zhàn)中，面對基礎(chǔ)差、題目難、硬件匱乏等重重困難，他們腳踏實地，迎難而上，勇于拼搏，不懈努力，滿懷著對科創(chuàng)的熱情和昂揚的斗志，在超算之路上譜寫出屬于自己的青春之歌。
