在青海大學的體育館內,一場世界級計算機競賽激戰正酣。
參賽者不僅有來自中國的北京大學、清華大學、南京大學等在內的多所國內高校,還有來自泰國、德國、南非、哥倫比亞等地的海外大學生團隊,他們不時緊盯記分牌,關注著自己組建超算集群的功率是否超標,不時緊盯自己電腦的屏幕,確保集群正常運行。數十名評委則在體育館的看臺上,時刻記錄著比賽的進程。
這一幕發生在近日舉辦的2025 ASC世界大學生超級計算機競賽總決賽的賽場上。本屆ASC的決賽賽題包括了RNA甲基化修飾位點檢測、宇宙中微子探測模擬、DeepSeek推理優化、青藏高原氣候數值模擬、AlphaFold3推理優化、超算基準測試HPL和HPCG等七不同方向。
對比近幾屆ASC大賽賽題可以看出,大模型應用與調優,以及超算在具體細分場景下的應用落地已經成為近年來的趨勢。
“飛入尋常百姓家”的超算
超級計算機,原本是一個離我們生活很遙遠的存在。甚至僅在幾年之前,超算還只是用于一些高精尖的科研項目,諸如科學計算、工程模擬、氣象預測、基因分析等尖端領域。
但隨著數字技術的發展,超級計算機逐漸有更多的應用場景涌現,而超算也不僅局限于各國展示科技實力的工具,更多的實際價值得以體現。
近年來,中國超算進入快速發展的階段,以國家級超算中心為主的國內超算平臺正在積極尋求可持續性發展。
從政策發展來看,中國超算行業政策經歷了由推動超算中心建設到強化算力統籌智能調度再到梯次布局算力基礎設施的轉變。
2016年,中國發布的《國家創新驅動發展戰略綱要》中就提出,建設超算中心等數字化基礎設施。隨后,《“十四五”規劃》中還進一步強調:加快構建全國一體化大數據中心體系,強化算力統籌智能調度,建設E級和10E級超級計算中心......
從應用層面出發,原先超算對于各個國家來說,一方面是展現科技硬實力,用于“秀肌肉”的產物;另一方面,超算最初主要應用于科學計算、工程模擬、氣象預測、基因分析等尖端領域。
隨著技術的不斷發展,超算已經從傳統的氣象預測、核能模擬等科研領域,逐步滲透到工業設計、生物醫藥、金融分析、新能源開發等產業。
三算融合、算網協同仍是挑戰
數據顯示,中國算力規模近五年年均增速近30%,算力運用已成為科學研究和企業創新的必備技能。而這些算力主要集中在超算中心、智算中心,以及傳統數據中心之中。不過這“哥仨兒”的應用場景、技術架構卻大相徑庭。
在數字經濟快速發展的大背景下,數智化應用場景及負載日益多樣化,成為推動多元化算力發展的新動力?;诖?,
超算與智算、傳統數據中心之間最大的差別是應用場景不同。超算主要應用于大規模科學計算、工程仿真、氣象預報、生物信息等領域,這些應用需要處理海量數據和高復雜度計算,對計算性能要求極高。
智算則主要應用于人工智能、機器學習、圖像處理、語音識別等領域,這些應用需要快速迭代和優化模型,對計算效率要求較高。而相較于超算、智算而言,傳統數據中心的應用則更加廣泛,包括云計算、大數據分析、企業級應用等。
因為超算、智算、通算三種算力的架構不盡相同。傳統超算早期以CPU為核心,現代超算則是CPU+GPU/加速器的異構架構,主要面向高精度科學計算(FP64),而智算依賴GPU、ASIC等AI芯片進行低精度并行計算(如FP16/INT8),兩者的硬件架構和計算范式存在本質差異。
例如,超算的“時間復雜度”與智算的“空間復雜度”難以兼容。融合需從芯片設計、存儲網絡到算法層面實現軟硬協同創新,例如通過動態異構資源池化技術解決算力調度問題。所以“三算”融合目前仍是一個比較棘手的問題。
另一方面,在大模型的帶動下,算力需求不斷攀升的同時,芯片能耗也在增加,單機柜的功率也隨之增長。增長的算力需求與能耗情況也對算力集群協同發展提出了更高的要求和更迫切的需求。
在此背景下,算網融合,協同不同算力集群共同完成一個任務是目前比較好的解決方案,但如何融合、怎么調用才能將損耗降到最低,這些問題都是當下算網融合面臨的比較大的挑戰。超算中心間網絡帶寬不足,跨域數據調度效率低等問題仍然存在。
對此,國家超級計算無錫中心主任楊廣文曾表示,為了解決中國超算中心運行面臨的挑戰,提升中國超算的應用水平,推動超算中心從提供裸機時向提供多領域應用服務轉變,構建超算互聯網勢在必行。
ASC世界大學生超級計算機競賽作為世界三大國際大學生超算競賽之一,也緊跟產業實際需求,今年的ASC總決賽第一次將限制功耗從3KW提升到了4KW,并且要求參賽選手必須組建超過3個節點,且單節點最大功耗不能超過2KW。
當筆者對此舉提出疑問時,ASC組委會委員劉羽告訴筆者,目前世界上最先進的芯片,單個芯片的功耗已經可達千瓦級別,在此背景下,如果還將功耗要求的比較低,不利于參賽選手的培養,失去了ASC比賽的初衷?!按送?,為了能讓參賽選手更好地理解超算是一個多機組合的系統,我們特別設定了必須超過3個節點,達到并聯的效果,并且每個節點都需要承擔一部分任務負載的規范要求?!眲⒂饛娬{。
復合型人才成“香餑餑”
緊跟趨勢的比賽規則僅僅是對人才培養的一個縮影,在超算快速發展的過程中,其在各行各業中涌現出了不少落地的應用場景。這也對于超算與各行業融合也提出了更高的要求,從業人員既要具備豐富的計算機學科知識,又要有相關場景下,各行業屬性的知識儲備。
培養具備軟硬件協同優化能力的工程創新人才已成為時代命題。特別是DeepSeek的創新發展,面向應用的系統性工程優化的價值日益凸顯。而這種系統性的工程方法需要跨學科的知識和技能,因為其涉及到從硬件到軟件、從理論到實踐的多個層面。
在ASC25決賽期間,劉羽對筆者表示,在實際應用中,我們會遇見很多問題,比如一些突發的情況,以及一些特定場景下的限制,而這部分在書本中是不可能體現出來的,“書本上所教的內容并不是不好,只是我們掌握這些知識最終的目的還是要到實際應用中,而有一些內容只有真正放到實際場景中才能顯現,這部分內容是無法從書本中獲得的。”劉羽強調。
在一些細分場景下,不是通過單一學科的理念、知識、方法、工具可實現的,亟需學科之間、科學與技術之間、自然科學與社會科學之間的交叉融合。同時具備技術能力和行業知識儲備能力的人才顯然已經成為今后數字技術與行業深度融合的關鍵,復合型的人才已經成為炙手可熱般的存在。
因此,跨學科人才在科研活動中起核心作用,外加諸多應用科學研究自身就帶有工程技術的特點,如生命科學逐漸向定量、精確、可視化、交叉匯聚方向發展。因此,培養高層次創新型、復合型、應用型的“科技新青年”也逐步成為科技革命的關鍵支撐力量。
而復合型人才的團隊建設效果也在本屆ASC上得以顯現,本屆ASC奪得冠軍的上海交通大學代表隊就由來自電氣工程專業、計算機專業、航天航空專業等多個跨學科專業的大學生組成。這種團隊的組合也給他們提供了更強競爭力,也是他們得以奪魁的關鍵。
值得注意的是,除了ASC大賽以外,另外兩大全球性超算大賽——SC(國際大學生超級計算機競賽)和ISC(國際超級計算大會)近年來在賽題設置上,也均采用了與各學科深度交叉的方式,顯然這種超算與各學科深度融合的形式已經成為未來很長一段時間內,超算賦能各行業的重要抓手。而這些大賽不僅推動了超算技術的發展和應用,也為全球的超算青年人才提供了展示和交流的機會,促進了科技與產業的創新。(本文首發于鈦媒體APP,作者|張申宇,編輯丨蓋虹達)
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