超級計算機(jī)競賽：清華學(xué)子奪全球最頂尖桂冠

當(dāng)運行了48小時的計算機(jī)關(guān)機(jī)時，裘捷中松了一口氣。“應(yīng)該是前三。”這個21歲的中國小伙子既有信心又不太確定，畢竟這一次，他和小伙伴參加的大賽稱得上“全球最頂尖”。

結(jié)果，當(dāng)?shù)貢r間11月19日，在美國得克薩斯州國際大學(xué)生超級計算機(jī)競賽(SC15)頒獎現(xiàn)場，來自清華大學(xué)的超算團(tuán)隊，捧回了冠軍獎牌。

“不僅是頒發(fā)一枚獎?wù)?hellip;…它為這個行業(yè)未來幾年的發(fā)展定下了目標(biāo)，也是對中青年研究者最好的激勵。”美國阿拉貢國家實驗室一位高級計算機(jī)專家為獲獎?wù)咧罗o。

在此之前，這支由清華大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系大三、大四學(xué)生組成的團(tuán)隊，已經(jīng)摘得了世界大學(xué)生超級計算機(jī)領(lǐng)域另兩項大賽的頭名。

集齊“超算三大賽事”冠軍的小伙子們平均年齡還不到21歲，就連他們的指導(dǎo)老師，也是一位5年前才博士畢業(yè)的年輕人。

我們搭建的其實就是簡易版的天河二號

在清華大學(xué)東主樓一間裝飾簡單的會議室里，南征北戰(zhàn)的世界冠軍們坐在桌邊。他們面前的桌子凌亂不堪，堆著線材、硬盤、音響和一臺游戲機(jī)。幾瓶喝了一半的礦泉水隨意地丟在桌面上。

裘捷中是隊長。從今年5月SC15公布題目到11月大賽結(jié)束，有些隊員已經(jīng)忙活了150多天。

這位隊長看起來并不善于交流。他圓圓的臉龐上稚氣未脫，手里來回捏著一只橄欖球玩具。聽見不感興趣的話題，他就打開筆記本電腦，在鍵盤上敲擊一番。

只有提起超級計算機(jī)，他才會放下手中的玩具，挺直身板兒，有時還激動地邊比劃邊說。

即使在新概念層出不窮的IT領(lǐng)域，也沒什么能比得上蘊(yùn)藏著巨大前景的超級計算機(jī)。

不久前，人們剛被世界上運算速度最快的“天河二號”震撼，今年8月，美國總統(tǒng)奧巴馬就發(fā)布行政命令，要求在2025年建成世界上第一臺百億億級超級計算機(jī)——每秒100億億次計算，遠(yuǎn)超過天河二號的每秒5.49億億次。

美國《商業(yè)周刊》網(wǎng)站曾發(fā)表文章稱：“在過去的10年里，中國和美國一直在爭奪超級計算機(jī)的領(lǐng)先地位。而這一趨勢似乎仍在繼續(xù)。”

越來越多的年輕人被“卷“進(jìn)這場“競賽”中。

剛剛結(jié)束的SC15是一年一度美國超級計算年會的一部分。目前，這項創(chuàng)辦于1988年的盛會是世界上規(guī)模和影響力最大的。從2000年開始，大學(xué)生參與成了年會上的固定項目，“許多美國的傳統(tǒng)強(qiáng)隊都會參加。”

“這對我們這個行業(yè)很重要。”本屆超算年會主席杰克·柯恩表示。

除此之外，團(tuán)隊的指導(dǎo)老師、清華大學(xué)計算機(jī)系助理研究員翟季冬告訴中國青年報記者，被冠以世界或國際之名的三大超級計算機(jī)競賽，分別在亞洲、歐洲和美國舉行，除了SC，還有由亞洲發(fā)起主辦的世界大學(xué)生超級計算機(jī)競賽(ASC)和歐洲的國際大學(xué)生超算競賽(ISC)。

在踏上美國之旅前，清華大學(xué)這支隊伍拿了三屆ASC冠軍和兩屆ISC冠軍。在5月18日舉行的ASC比賽中，他們挑戰(zhàn)的題目涉及國際大科學(xué)工程平方公里陣列望遠(yuǎn)鏡(SKA)的數(shù)據(jù)處理軟件。

SKA是全球最大的“大數(shù)據(jù)”項目，其中最復(fù)雜的過程之一就是數(shù)據(jù)處理。在超算領(lǐng)域，這被稱為“宇宙級難題”?？茖W(xué)家希望通過那些參賽者的年輕大腦，對這一難題進(jìn)行優(yōu)化。

“簡單地說，我們搭建的就是個簡易版的天河二號。”超算團(tuán)隊的成員之一王邈說，“當(dāng)然要簡陋得多。”

讓程序跑得更快，也是為人類研究、對抗疾病做了一點貢獻(xiàn)

沒人說得清，首次參加SC15的決定是怎么作出的。裘捷中只是輕描淡寫地回憶，老師當(dāng)時說“今年可以試試這個比賽”。

在指導(dǎo)教師翟季冬看來，這些本科生有著豐富的國際交流經(jīng)驗，除了顯眼的黑頭發(fā)，他們和其他國家同齡人沒什么區(qū)別。

比賽現(xiàn)場設(shè)在頂級的會議中心，年輕人穿著簡單的T恤衫，脖子上掛著U型枕頭，頭也不抬地在電腦前忙碌。從學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)或公司趕來參會的業(yè)內(nèi)人士，有時會在那些放置著各種外套和線纜的桌子前駐足，好奇地詢問他們搭建的簡易超級計算機(jī)如何運行。

夜深人靜時，人群從會場離開，只有點亮的屏幕和嗡嗡作響的機(jī)器陪伴這些“刷夜”的年輕人。

今年夏天，SC15組委會公布了比賽的5個應(yīng)用程序，內(nèi)容涵蓋天氣預(yù)測、量子力學(xué)、生物基因以及人口流動等多個實際應(yīng)用問題。賽前，參賽選手要優(yōu)化每一個程序。在比賽現(xiàn)場，誰的程序在保證結(jié)果準(zhǔn)確的前提下跑得最快，就有可能獲得高分。

“普遍意義上來說，超算是由成千上萬臺高性能計算機(jī)通過高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成的大規(guī)模計算機(jī)集群。”超算團(tuán)隊隊員卓有為介紹，“對于研究超算的人來說，怎么樣讓機(jī)器跑得更快，怎么樣更省能源，本身就是他們的目標(biāo)。”

對于這些本科生來說，從氣候到生物，幾乎都是全新的領(lǐng)域。在開始敲代碼之前，他們不得不先去請教其他專業(yè)的同學(xué)或老師。

在參加比賽的6人中，隊員梁俊邦分到的題目是模擬計算傳染病傳播的過程。他“吃飯也想，睡覺也想，實在不行就打幾個小時游戲再接著想”，最終找到已被廣泛運用的程序中的一個運算瓶頸，突破之后，“加速10%左右”。

“這讓人類對疾病的了解更加深刻了。我們讓程序跑得更快，也是為人類研究和對抗疾病做出了一點貢獻(xiàn)吧。”梁俊邦說。

在另一名成員魯逸沁看來，“這個團(tuán)隊沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程，能力不可能靠老師一步步教，第一是興趣，第二是專業(yè)基礎(chǔ)，第三就是自覺自學(xué)。”

雖然大學(xué)里才正式開始學(xué)習(xí)計算機(jī)，但從高中甚至初中開始，以0和1為基礎(chǔ)的代碼就把這群男生迷得神魂顛倒。

高中時，梁俊邦曾把稀奇古怪的代碼輸入電腦，“召喚”出一句“Hello World”(世界你好)，那高興勁兒他至今難忘。

2012年隊伍剛成立時，主要是高性能計算研究所的學(xué)生報名參加，后來，人漸漸多了。

“我們都是到宿舍拉人!”隊長裘捷中說，“標(biāo)準(zhǔn)就是在學(xué)有余力的前提下看誰更靠譜。”

《高性能計算導(dǎo)論》課，幾乎是這些本科生在學(xué)業(yè)中能夠接觸到的關(guān)于超級計算機(jī)的全部知識，剩下不少內(nèi)容都要靠互聯(lián)網(wǎng)提供。

有些人加入這個團(tuán)隊，是因為聽說“他們很厲害”，但真正加入之后，才發(fā)現(xiàn)“根本聽不懂討論”。

找同學(xué)詢問、泡圖書館、看論文……隊員們幾乎把所有課余時間都用來儲備專業(yè)知識。每周大家都會聚在一起討論。

熬夜是“家常便飯”，但對于這些90后男孩兒來說“不算啥”。在他們看來，超算設(shè)備昂貴，自己能用一用，就“挺有意思挺牛掰”。

參加比賽是一個挑戰(zhàn)自我的過程，但更重要的是成長

直到走進(jìn)賽場，負(fù)責(zé)設(shè)備搭建的王邈才算開了眼界——其他國家不僅都帶有備用設(shè)備，在超級計算機(jī)的浮點性能方面，“我們也并不占優(yōu)勢”。

更讓人緊張的是，由于贊助商的原因，距離比賽不到24個小時，團(tuán)隊才拿到連接8臺機(jī)器的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。而對于超級計算機(jī)比賽來說，程序必須聯(lián)機(jī)運行調(diào)試，才能達(dá)到最優(yōu)效果。

翟季冬起初并沒有想到，在比賽現(xiàn)場，這些小伙子表現(xiàn)異常出色。

為了使比賽公平，主辦方要求參賽隊員搭建的超級計算機(jī)總功率不能超過3120瓦。帶著各種先進(jìn)機(jī)器的超算團(tuán)隊，必須在保證程序運行盡可能快的同時，想辦法限制功耗。

“我發(fā)現(xiàn)我們團(tuán)隊的功率幾乎一直都貼著警戒線。”翟季冬回憶，“這就要求隊員一方面對程序非常熟悉，知道何時會出現(xiàn)使用機(jī)器的高峰，另一方面知道有效的指令，降低機(jī)器功率。”

比賽要求所有指導(dǎo)老師離場，但由于沒有切斷網(wǎng)絡(luò)，場外求助其實并不難。翟季冬幾次試圖問學(xué)生們有什么困難時，都被回絕了。

“沒有誰比我們更了解這些機(jī)器。”他們至今自信滿滿。

在比賽現(xiàn)場，每支隊伍頭頂都有一盞警報燈，當(dāng)機(jī)器超過額定功率時會進(jìn)行提示。并沒有人因此緊張，監(jiān)控程序運行的間隙，來自世界各地的年輕人跨越主辦方架在不同隊伍之間的欄桿，從編程心得到美食旅游，什么都聊。

按照比賽規(guī)則，機(jī)器要保持48小時不停運轉(zhuǎn)，6個人就輪流值班看著機(jī)器，監(jiān)控硬件的王邈幾乎兩天兩夜沒回賓館，困了就往沙發(fā)上一躺，餓了就啃兩口會場提供的漢堡，以至于后來“一聞到那股味道就惡心”。

比賽接近尾聲時，一臺機(jī)器的內(nèi)存條壞了，可直到修好，王邈才給老師發(fā)短信，告訴他機(jī)器壞了，緊接著發(fā)了一條“但是我已經(jīng)搞定”。

“這些斬獲大獎的同學(xué)，都有自己的夢想并執(zhí)著實現(xiàn)它們。”在最近的一次學(xué)?；顒又?，清華大學(xué)校長邱勇說，“參加比賽是一個挑戰(zhàn)自我的過程，但更重要的是過程中的成長與收獲。”

如今，曾經(jīng)在領(lǐng)獎臺上把獎牌奮力舉起的隊長馬上就要變成計算機(jī)系的直博生，相比于下一次超算大賽，他更關(guān)心的是“博士期間的工作和研究”。對于其他同學(xué)來說，超算也并不是他們繼續(xù)學(xué)習(xí)的方向。一回到學(xué)校，這些年輕人又迅速地被畢業(yè)論文、實習(xí)、出國申請等事務(wù)包圍。

但他們依然清楚記得比賽的點滴和得知獲獎的那一刻。一群小伙子不顧會場的安靜，突然大叫起來，還特意搓了一頓得州烤肉作為慶祝。他們也沒有忘記，回國后隊長還欠他們一次慶功宴，至今沒來得及組織。