為支持和推動(dòng)國(guó)產(chǎn)應(yīng)用軟件的自主研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，2014年ASC世界大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽組委會(huì)于日前宣布，征集自主開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件作為大賽的并行優(yōu)化賽題，并匯集全球超算隊(duì)伍力量對(duì)入選應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。本次應(yīng)用征集活動(dòng)向所有中國(guó)超算用戶和專(zhuān)家開(kāi)放，任何符合條件的組織機(jī)構(gòu)和個(gè)人均可參與。

據(jù)大賽組委會(huì)負(fù)責(zé)人浪潮集團(tuán)高性能事業(yè)部總經(jīng)理劉軍透露，征集入選的應(yīng)用將在基于天河二號(hào)的超算架構(gòu)上運(yùn)行，經(jīng)過(guò)全球各超算隊(duì)伍的并行調(diào)優(yōu)，極有可能在天河二號(hào)上最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)測(cè)，從而挑戰(zhàn)天河二號(hào)的性能極限。

當(dāng)前，美、日、歐等超算發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把超算當(dāng)作提供社會(huì)服務(wù)的基礎(chǔ)性工具，更加關(guān)注超算的實(shí)用價(jià)值而非單純的技術(shù)性指標(biāo)。在這一理念的推動(dòng)下，源自美日歐的開(kāi)源軟件或商業(yè)軟件大量涌現(xiàn)，已經(jīng)成為全球超算系統(tǒng)中最主流的應(yīng)用來(lái)源。而對(duì)于想要成為超算強(qiáng)國(guó)的中國(guó)而言，自主研發(fā)的應(yīng)用軟件必然是需要突破的一個(gè)“短板”.

ASC作為發(fā)源于中國(guó)的國(guó)際性超算組織，對(duì)中國(guó)自主研發(fā)的應(yīng)用軟件的關(guān)注，并非始于此次應(yīng)用征集活動(dòng)。早在2013年亞洲大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽上，ASC組委會(huì)就采用了自主開(kāi)發(fā)的高精度計(jì)算流體力學(xué)軟件OpenCFD作為比賽應(yīng)用試題。同時(shí)，為了讓年輕的超算人才更好的了解和掌握最新的技術(shù)，ASC組委會(huì)還特別設(shè)置了MIC應(yīng)用優(yōu)化比賽環(huán)節(jié)，考察參賽大學(xué)生新技術(shù)的知識(shí)水平和動(dòng)手能力。這也成為ASC世界大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽有別于SC、ISC的一大特色。

據(jù)了解，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)是技術(shù)計(jì)算行業(yè)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，其廣泛的應(yīng)用于汽車(chē)、能源、航空航天等行業(yè)。2013年亞洲超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽中所采用的OpenCFD由中國(guó)科學(xué)院力學(xué)所李新亮研究員提供，涉及到航天、航空及湍流基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的7個(gè)典型應(yīng)用算例，其中槽道湍流的直接數(shù)值模擬算例，程序設(shè)定運(yùn)行2001步，算例的復(fù)雜程度對(duì)每一支參賽隊(duì)伍來(lái)說(shuō)都是巨大的挑戰(zhàn)。為了獲得更快速的程序運(yùn)行速度，多支參賽隊(duì)伍在經(jīng)過(guò)對(duì)算例代碼的分析之后，成功將部分代碼移植到GPU上運(yùn)行，并在實(shí)測(cè)中獲得了遠(yuǎn)超CPU運(yùn)行的速度。而經(jīng)過(guò)眾多參賽隊(duì)伍優(yōu)化后的程序代碼，也在比賽結(jié)束后由組委會(huì)交到提供者手中。

而作為ASC大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽的特色比賽項(xiàng)目，ASC 13的MIC應(yīng)用優(yōu)化選用了BSDE期權(quán)定價(jià)模型作為比賽試題。BSDE模型應(yīng)用范圍涉及很多科學(xué)領(lǐng)域， 其中包括金融計(jì)算領(lǐng)域，在衍生產(chǎn)品定價(jià)以及風(fēng)險(xiǎn)對(duì)沖問(wèn)題上，BSDE模型是一種有效的解決方案。與傳統(tǒng)的Black-Scholes模型不同，BSDE模型可以處理非線性問(wèn)題。但逆向隨機(jī)計(jì)算普遍存在高維解的計(jì)算問(wèn)題，需要求解維度很高的逆向隨機(jī)微分方程(組)，并且要求計(jì)算時(shí)間不能很長(zhǎng)，要有實(shí)時(shí)性。因此，BSDE試題的挑戰(zhàn)性在于如何最快速度的運(yùn)行完程序，在最短的時(shí)間內(nèi)得到最準(zhǔn)確的結(jié)果。

MIC本身便是一種非常新計(jì)算架構(gòu)，再加上BSDE的復(fù)雜程度和實(shí)時(shí)性要求，使得這項(xiàng)測(cè)試成為每支參賽隊(duì)伍最大的挑戰(zhàn)項(xiàng)目。ASC13的參賽隊(duì)員認(rèn)為這個(gè)試題的挑戰(zhàn)在于如何降低CPU與MIC之間的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，并在分析后發(fā)現(xiàn)，current_solution幾乎占據(jù)了全部的運(yùn)行時(shí)間。于是采用了算法改進(jìn)、OpenMP實(shí)現(xiàn)并?化、guided線程分配?式、SIMD指令強(qiáng)制向量化、減少分?判斷、減?數(shù)據(jù)依賴(lài)、減?并?粒度、在CPU與MIC協(xié)同計(jì)算異步完成計(jì)算任務(wù)等優(yōu)化方法，最終實(shí)現(xiàn)了6萬(wàn)倍性能的提升。對(duì)于這一出自一群在校大學(xué)生之手的優(yōu)化結(jié)果，ASC大賽評(píng)委會(huì)的所有評(píng)委給予了高度的評(píng)價(jià)，一致認(rèn)為我國(guó)在校大學(xué)生對(duì)部分超算應(yīng)用的理解，已經(jīng)超過(guò)了世界大學(xué)生的平均水平，我國(guó)超算未來(lái)可期。

可以說(shuō)，從既往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，ASC大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽對(duì)國(guó)產(chǎn)應(yīng)用軟件、對(duì)超算新技術(shù)的推動(dòng)均起到了巨大的作用。而即將在明年舉行的2014年ASC世界大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽，將吸引全球高校的廣泛參與，全球超算青年精英匯聚一堂，勢(shì)必會(huì)讓入選應(yīng)用得到最大程度的優(yōu)化。無(wú)論對(duì)于參賽者還是應(yīng)用提供者來(lái)說(shuō)，都將是一次難得的機(jī)會(huì)。