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“那时,基本不了解高性能计算是什么,也很难找到相关的学习资料。” 张洋,兰州大学超算中心负责人,回忆起十几年前自己刚接触高性能计算时的情形仍历历在目。
然而,现在的张洋,已经是高性能计算领域的资深人士。就在去年5月8日,由他带队的兰州大学参赛队伍第一次站在ASC世界大学生超级计算机竞赛总决赛的赛场上,四天后,这只队伍又第一次站在了ASC超算竞赛的领奖台上,拿到一等奖和最佳人气奖。
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超算,改变了张洋,也改变了兰州大学的很多师生。
这就是计算的力量
诺贝尔奖获得者、计算物理学家威尔逊说,“当今,科学研究可分为三种:实验、理论、计算。”
如果说伽利略和牛顿分别奠定了实验科学和理论科学的基石,那么计算机的发明,则把科学计算推上了人类科学活动的另一个前沿。现在,科学计算已经在生命科学、医学、系统科学、经济学等现代科学中起到重要作用,已经成为气象、石油勘探、核能技术、航空航天、交通运输、机械制造、水利建筑等重要工程领域中不可或缺的工具。
张洋回忆,自己的领导,兰州大学网络安全与信息化办公室、超算中心主任陈文波在2009年一次国外会议上,看到国外高中生就开始接触高性能计算,而且高性能计算在国外大学科研中占据非常重要的角色,让他更加坚定地在兰州大学推行高性能计算中心的建设。
2019年5月,兰州大学超算中心成立,主要任务就是为兰州大学师生提供高性能科学计算服务,满足多个学科对大规模科学计算和海量存储的需求。
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兰州大学,是教育部直属的全国重点综合性大学,是国家“985工程”和“211工程”重点建设高校之一,其学科门类齐全,特色鲜明,涵盖了12个学科门类,化学、大气科学、生态型、草学入选“双一流学科”。在化学、物理、生物、资源环境、大气、工程力学等兰州大学基础研究的优势领域,高性能计算正在得到越来越多的应用。
张洋说,自己从事高性能计算领域这些年,最大的感触就是:学习、学习、学习。高性能计算,涵盖多个学科,而且发展很快,需要持续学习。据了解,兰州大学超算中心,目前高性能计算浮点计算能力超过1200万亿次,堪称是西部高校HPC(高性能计算)规模之最,支撑起兰州大学多学科的科研和教学工作。在兰州大学超算中心主页,可以看到在高性能计算平台的支撑下,学校发表相关论文已经超过150篇。
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而且,超算中心也在人才培养等方面发挥越来越大的价值。本文开头提到的ASC超算竞赛,就与超算中心在兰州大学掀起的超算热密不可分。张洋介绍,对于大学生来说,接触超算可以让他们学到计算机体系结构、编程、算法还有交叉学科知识等多个方面的能力,“懂超算绝对是大学生就业时的加分项”。为了培养人才,张洋特意在学校开设了《超级计算前沿技术》,目前已经有超过160位学生进行了学习。
甚至,HPC也在和AI走向融合。中国工程院院士郑纬民在近日的一次分享中就指出,HPC跟AI尽管有不同点,但是对访问内存、高性能网络和外存的需求是类似的;不同精度的计算单元如果能在一定程度复用,就可以在处理器层面同时支撑;AI\n for Science的出现,使得HPC程序中也包含AI算法,因此HPC+AI的融合成为刚性需求。
这一切,都让高性能计算在高校地位凸显。
乘鲲鹏之翼
在兰州大学超算中心的发展史上,与鲲鹏的合作是值得记录的一幕。
“更多的是好奇,以前认为华为主要是做通信设备,没想到也在做高性能计算。” 张洋这样回忆自己在2018年初识鲲鹏。
抱着试试看的态度,兰州大学超算中心与鲲鹏开始了合作。在2021年,张洋牵头,基于TaiShan服务器设备,完成了高性能计算业务到鲲鹏的迁移认证,其中包括VASP、WRF等应用迁移以及优化验证工作。
在实际合作中,张洋发现,基于ARM架构的鲲鹏平台具有众核计算的优势,带来更强性能,如生命科学(CANU)性能提升15%,气象海洋(WRF)性能提升23%,制造业(OpenFOAM)性能提升32%。而且,鲲鹏平台也有低功耗等特性。
在世界超算领域排名第一的日本超级计算机“富岳”采用ARM架构,从另一个侧面说明了兰州大学超算中心选择鲲鹏的远见。据了解,现在的鲲鹏高性能计算解决方案,基于鲲鹏全栈打造,涵盖硬件十年、基础软件、应用开发、应用优化等能力,可以支持气象、制造、EDA、生命科学、教育科研、油气勘探等行业,带来极致有效算力,正在赢得越来越多客户的青睐。
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同时,兰州大学超算中心也在积极拥抱和推动鲲鹏生态。除了上面提到的超算相关课程,张洋带领团队参与鲲鹏众智项目,推动鲲鹏高性能计算平台的建设和完善。在刚刚落幕的鲲鹏应用创新大赛2022全国总决赛中,张洋带队的“分子动力学团队”,凭借作品“基于鲲鹏全栈的分子动力学应用迁移解决方案”,一路过关斩将,最终斩获HPC高性能计算赛道全国总决赛银奖。
为什么选择鲲鹏?除了鲲鹏本身的技术优势,张洋看得更远:“最近,国际局势面临很大的不确定性,我们也需要考虑超算这样的重要信息基础设施能实现自主,避免被卡脖子。”
这或许是张洋和其团队对鲲鹏倾注特殊热情的原因。在推动鲲鹏生态发展上,张洋不断献计献策,此前甚至专门写了一封长信提出了很多建议。在采访时,张洋表示,鲲鹏要想发展好,硬件只是一方面,生态是决定一切的关键因素,他建议鲲鹏与高校深化合作,提升计算的准确性,加快软件的更新频率,以进一步促进更多的科研工作基于鲲鹏,让生态发展形成正循环。
鲲鹏,让兰州超算中心有了坚实的底座,而陈文波主任、张洋和团队们的努力,也助力鲲鹏生态踏上发展的快车道。
后记:高校新基建的未来征途
现在,兰州大学超算中心在支撑科研和教学中发挥越来越大的作用。展望未来,张洋表示,尽管规模庞大,但现在算力已经呈现出饱和状态,未来超算中心的扩建势在必行。
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高性能计算平台已经不仅仅是计算,而是重要的高校新基建。甚至,高性能计算水平也成为衡量高校的科研能力和发展后劲的重要标志。
二十大报告强调,加快实施创新驱动发展战略,加快实现高水平科技自立自强,以国家战略需求为导向,集聚力量进行原创性引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。
在这样的背景下,兰州大学超算中心在支撑高校科研创新,尤其是推动自主创新上就具有特殊意义。通过与鲲鹏合作,高性能计算平台这样的高校科研创新基础设施实现自主可控,将能更好地支撑起自主创新。
正如兰州大学的校训:“自强不息,独树一帜”。无论是发展高性能计算上的超前,还是推动高性能计算在科研和教学以及人才培养上的坚决,或是支持自主创新技术体系和生态发展上的努力,都是如此。
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