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清華大學超級計算機中心,中國科學技術大學超級計算中心

日前,在2013亞洲大學生超級計算機競賽(ASC13)總決賽上清華大學代表隊奪得總冠軍,并以7.58Tflops的Linpack成績拿下“最高計算性能”單項獎,成為ASC13大賽的最大赢家。據悉,清華大學創造的7.58Tflops的Linpack成績,也是國際同類大賽中的最好成績。

清華大學的奪冠之路并非輕而易舉,本次入圍ASC13總決賽的其他高校:台灣清華大學、上海交通大學、國防科學技術大學、中山大學、華中科技大學、南韓蔚山科學技術大學、香港中文大學、聖彼得堡大學、沙特阿蔔杜勒阿齊茲國王大學也堪稱翹楚。其中,被清華大學帶隊教師、清華大學地球系統科學研究中心副教授黃小猛稱為“老大哥”的台灣清華大學,參賽曆史長,在既往的各類國際超算大賽表現搶眼,曾兩度摘得美國SC超算大賽的總冠軍;同時還有ISC、SC雙料“最高計算性能獎”的國防科學技術大學、主場作戰的上海交通大學等等,都是賽前奪冠的熱門。

根據大賽要求,參賽隊需要在3000瓦功耗限制下自行設計搭建超級計算機系統,并進行HPL、GROMACS、OPENCFD、WRF、BSDE等5項優化測試,大賽對各參賽隊的超算理論基礎和實踐操作技能提出非常高的要求。

從組委會公布的資料來看,雖然清華大學第一輪HPL浮點性能基準測試中創造了7.58Tflops的國際同類大賽最好成績,但是赢得并不輕松,上海交通大學以7.43Tflops的成績緊追其後。依托競賽平台浪潮NF5280M3超算伺服器高性能高擴充的優勢,清華大學和上海交大均采用了富有創造力的“一機雙卡”方案,每個計算節點配置了2塊最新的NVIDIA的K20GPU加速卡,在同等功耗限制下的平台比其他參賽隊性能更高。

在随後的應用優化測試中,考驗各隊對應用的了解和熟悉程度,台灣清華大學展現出其多年征戰SC大賽的豐富經驗和優勢。他們熟知每個算例的複雜程度進而更好地規劃了競賽時間,争取用最短的時間來實作應用的最大優化,而華中科大也奪得了WRF、BSDE兩項測試第一,中山大學在GROMACS測試中表現最優異。

據了解,賽前清華大學代表隊做了非常充分的準備,這可能是其奪冠的關鍵所在。清華大學耗費了3周時間對OpenCFD軟體進行評估、1周時間将其移植到GPU平台,并優化了該軟體的I/O架構,使得平台通訊複雜度由16N2降低到12N2,他們還将WRF系統串行I/O優化為并行I/O,将系統通信效率提升10%以上,将BSDE軟體從串行架構改寫為高并行MIC程式,并優化資料通路方式、算法模型,使程式性能提升上萬倍。

談到奪冠,有關專家評委表示,超級計算機大賽是對競賽平台和參賽隊應用了解的綜合考驗。而差別于ISC、SC大賽,ASC13為參賽隊提供了統一的競賽平台即浪潮NF5280M3超算伺服器。浪潮NF5280M3曾支援清華大學、國防科學技術大學征戰國際比賽并立下累累戰功,它的高穩定性、高擴充性已蜚聲業界。在這樣毋庸置疑的硬體基礎上,要想赢得比賽,更多憑借的是各高校參賽隊對應用的了解。

清華大學對最新計算技術的深刻了解和娴熟操作顯然起到了關鍵作用,在單純CPU叢集、CPU+GPU異構叢集和CPU+MIC叢集的平台政策選擇中,清華大學根據參加超算大賽的經驗,選擇了CPU+GPU異構叢集。這種方案其他參賽隊伍也測試過,但加速比情況不理想、裝置過熱,且容易超出3000瓦的功率限制,清華大學顯然更好的解決了這些問題,奠定了奪冠基礎。