在黃小猛老師(清華大學(xué)超算參賽隊(duì)伍的帶隊(duì)老師)的帶領(lǐng)下，記者走進(jìn)一清華實(shí)驗(yàn)樓里的一間小屋，最先映入眼簾的是一張單人床，上面放著簡(jiǎn)單的被褥，還有一個(gè)圓桌擺在屋子的正中央，占據(jù)了小屋的大半部分面積……這就是清華大學(xué)“夢(mèng)之隊(duì)”的工作室?ASC2013冠軍隊(duì)就是在這么簡(jiǎn)陋的環(huán)境下誕生的?就在這樣一個(gè)與想象中相去甚遠(yuǎn)的場(chǎng)所中，在滿是疑惑的思緒中，開(kāi)始了采訪……

在介紹采訪內(nèi)容之前，筆者認(rèn)為有必要先簡(jiǎn)單介紹一下ASC大賽的背景和比賽規(guī)則：

ASC亞洲大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽是由中國(guó)倡議成立，日本、俄羅斯、韓國(guó)、新加坡、泰國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)香港等國(guó)家和地區(qū)的超算專家和機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起和組織，是與美國(guó)SC、德國(guó)ISC大學(xué)生超算大賽并駕齊驅(qū)的全球三大超算賽事之一，2013年是第一屆。中國(guó)大陸高校的前兩名可獲得參加6月份在德國(guó)舉行的ISC13國(guó)際大學(xué)生超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽資格。

各參賽隊(duì)由6名在校大學(xué)生組成，參賽學(xué)生必須為具有該校正式學(xué)籍的全日制在校本科生。每支參賽隊(duì)伍可配一名指導(dǎo)老師。參賽隊(duì)伍需按照競(jìng)賽評(píng)審委員給出的統(tǒng)一命題，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成超算系統(tǒng)方案、測(cè)試、優(yōu)化工作并提交書(shū)面報(bào)告，由評(píng)審委員會(huì)統(tǒng)一評(píng)定。

各參賽隊(duì)伍需要在3000瓦的總功耗約束條件下構(gòu)建小型超算系統(tǒng)，并調(diào)試達(dá)到其最高運(yùn)算性能。在應(yīng)用考核上設(shè)置了五個(gè)應(yīng)用進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化：用于測(cè)試超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)浮點(diǎn)性能的Linpack測(cè)試、研究生物分子體系的分子動(dòng)力學(xué)應(yīng)用GROMACS等四個(gè)國(guó)際常用應(yīng)用測(cè)試，以及組委會(huì)特別設(shè)置的“基于期權(quán)定價(jià)應(yīng)用BSDE”的MIC眾核并行優(yōu)化試題。其中前兩道題是可以自由選擇計(jì)算平臺(tái)，只有BSDE是必須使用MIC架構(gòu)進(jìn)行并行優(yōu)化。

從參賽隊(duì)伍的組建到比賽的結(jié)束，僅有三個(gè)月的時(shí)間，這三個(gè)月的時(shí)間里，要完成參賽隊(duì)伍的組件、架構(gòu)選擇、應(yīng)用調(diào)優(yōu)、測(cè)試等過(guò)程。選人組隊(duì)，當(dāng)然是競(jìng)賽的第一步!

夢(mèng)之隊(duì)——一支具有“對(duì)抗性”和“策略性”的隊(duì)伍

在交流的過(guò)程中，記者發(fā)現(xiàn)，清華大學(xué)參賽隊(duì)伍是一個(gè)充滿“對(duì)抗性”和“策劃性”的隊(duì)伍。

策劃性，主要是因?yàn)樵诒荣惖拿恳粋€(gè)環(huán)節(jié)，清華都經(jīng)過(guò)了非常強(qiáng)的策劃手段，包括隊(duì)員選拔、架構(gòu)選擇、應(yīng)用調(diào)優(yōu)等方面，這些策略后文都會(huì)提到。

對(duì)抗性，是因?yàn)榍迦A的這6名隊(duì)員每一個(gè)都是實(shí)力非常強(qiáng)，在編程方面具有非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，有的甚至從初中就開(kāi)始編程，并且團(tuán)隊(duì)協(xié)作非常之默契。隊(duì)長(zhǎng)徐持衡、負(fù)責(zé)硬件和系統(tǒng)的金昊衠、王欣亮、王凝枰(唯一一個(gè)大三的，其他都是大四的)、駱可強(qiáng)，去年參賽隊(duì)的隊(duì)長(zhǎng)擔(dān)任黃小猛老師的助手。“參賽隊(duì)員每天在這邊工作的時(shí)間差不多14個(gè)小時(shí)左右，從早上到晚上一兩點(diǎn)鐘”，黃老師告訴記者，他說(shuō)的“這邊”就是采訪的那間小屋。

從隊(duì)員的組成來(lái)看，清華的隊(duì)員們都是計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科生。然而，從比賽的應(yīng)用來(lái)看，物理、航空航天等專業(yè)的學(xué)生可能更熟悉比賽的應(yīng)用程序。當(dāng)記者問(wèn)到，有沒(méi)有考慮過(guò)選擇其他專業(yè)的學(xué)生做隊(duì)員時(shí)，黃小猛表示，“從比賽奪冠的角度來(lái)說(shuō)，只有計(jì)算機(jī)系的最好。因?yàn)榫退闶歉阄锢淼?，真把?yīng)用本身看懂了，再把代碼調(diào)優(yōu)了，三年時(shí)間也未必能做到。而我們只有三個(gè)月的時(shí)間，那只能是盡我們所能做到比別人強(qiáng)一點(diǎn)點(diǎn)”。

窮舉法確定架構(gòu)——GPU是最優(yōu)組合

主辦方規(guī)定BSDE應(yīng)用必須使用MIC架構(gòu)進(jìn)行并行優(yōu)化，因此，不涉及到硬件平臺(tái)的選擇方面，主要的工作集中在軟件調(diào)優(yōu)。還有其他的四個(gè)應(yīng)用，如何選擇計(jì)算平臺(tái)?這才是難點(diǎn)所在!

可以用純CPU計(jì)算，也可以用CPU加上GPU或者是MIC，還可以用CPU+GPU+MIC，到底該如何選擇? 3000W的功耗也限制了計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，如何才能在有限的功耗范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最高的計(jì)算速度?在計(jì)算平臺(tái)的選擇上，清華大學(xué)采用了窮舉法，在3000W的功耗范圍內(nèi)，對(duì)所有可能的組合進(jìn)行測(cè)試，光是確定平臺(tái)就花了兩到三周的時(shí)間。

“最終，我們帶了10塊GPU卡參賽”，黃小猛在采訪中談到，“我們最先想到的是4塊MIC+6塊GPU，帶幾臺(tái)CPU，后來(lái)沒(méi)裝，因?yàn)楣谋葎澆粊?lái)，在規(guī)定的能耗之內(nèi)效率上不去，沒(méi)有達(dá)到我們期望的必勝的效率。”

“MIC經(jīng)常會(huì)莫名其妙的變成互聯(lián)MIC，我們拿到的是被動(dòng)散熱的卡，一旦溫度過(guò)高后，就會(huì)限頻，限頻后溫度降下來(lái)，頻率卻沒(méi)法回到原來(lái)那么高，會(huì)比原來(lái)更慢一些。還存在散熱的問(wèn)題，因?yàn)槟莻€(gè)MIC卡是3000瓦的被動(dòng)散熱，一般情況下被動(dòng)散熱不可以做到那么高。另外，服務(wù)器跟MIC卡之間也不是特別兼容”，其中一個(gè)隊(duì)員補(bǔ)充道，“MIC跟GPU的編程模式不太一樣， GPU的編程模式需要自己指定，英特爾的MIC是自動(dòng)指定，并且完全不知道bug出在哪，性能不好也完全不知道怎么回事”。

事實(shí)上，盡管其他四個(gè)可以自由選擇平臺(tái)的應(yīng)用都采用了GPU+CPU的機(jī)器，但其中真正用到GPU加速的只有OpenCFD和Linpack兩個(gè)，另外兩個(gè)應(yīng)用——WRF和Gromacs只是把GPU放進(jìn)去了，主要是因?yàn)檫@兩個(gè)題目非常復(fù)雜，國(guó)外也沒(méi)把它改成GPU版。

賽場(chǎng)策略——穩(wěn)中取勝

“田忌賽馬”的故事告訴我們，隊(duì)伍的實(shí)力并不一定和比賽的結(jié)果成正比，比賽的結(jié)果很大一部分程度取決于戰(zhàn)略。盡管清華夢(mèng)之隊(duì)實(shí)力非凡，但策略方面，也絕對(duì)不輸旁人。

當(dāng)時(shí)比賽有五個(gè)應(yīng)用，其中有一個(gè)應(yīng)用是比較開(kāi)放的，代碼量比較小，方便大家去調(diào)整代碼，做特別大的優(yōu)化。

在那個(gè)應(yīng)用我們優(yōu)化到了幾萬(wàn)倍，然而，這種方法也存在著風(fēng)險(xiǎn)——因?yàn)榉椒ㄏ鄬?duì)來(lái)說(shuō)比較激進(jìn)，可能會(huì)被組委會(huì)的人質(zhì)疑，比如說(shuō)算法去掉了一些部分或者算的不精確。究竟是不是該采取這樣激進(jìn)的辦法?

經(jīng)過(guò)綜合衡量，夢(mèng)之隊(duì)決定采用穩(wěn)中制勝的策略。“因?yàn)楫?dāng)時(shí)我們的成績(jī)已經(jīng)算領(lǐng)先一部分了，于是我們采取更保守的策略穩(wěn)中取勝。結(jié)果比下來(lái)發(fā)現(xiàn)有人比我們更快，于是后來(lái)我們不擔(dān)心這個(gè)事情了，大家都很開(kāi)心地把比賽比完了”，一個(gè)隊(duì)員告訴記者，臉上洋溢著回味和自豪笑容。

夢(mèng)之隊(duì)，一只充滿夢(mèng)想和希望的隊(duì)伍，在他們的身上，我問(wèn)到了青春的氣息。

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