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中国超级计算机日租金上万元,硬件领先软件仍需大量投入

2018-05-16 10:59
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除了呼呼的风扇声,赛场一片沉寂,在场的上百名大学生紧盯着电脑,手指飞快地敲击键盘。

这群平均年龄不到22岁的大学生,面对的是当下最前沿的研究:机器阅读理解、获2017年诺贝尔化学奖的冷冻电镜技术、美国国家航空航天局(NASA)的流体力学模拟软件……

面对海量的数据,清华大学的大四学生李北辰估算后决定调整方案,“几乎没法跑完”。临到结束,他甚至能听到自己的心脏“咚咚”地跳动。

这是2018年世界大学生超级计算机竞赛(简称ASC18)的现场,在2天20小时的规定时间里,每个队伍需要自己搭建小型超级计算机,完成组委会布置的4道题目,运算的结果将作为最后成绩的评分依据。

李北辰队伍搭建的机器的运算能力,约为1万台现在市面上主流家用电脑运算能力之和,但相比目前世界上最快的超级计算机“神威·太湖之光”,他们的算力还不到百分之一。

在几个国家超级计算中心的超级计算机里,日夜运行着全国各地发来的运算指令。不管是天文观测、航空模拟计算,还是天气预报、生物医疗等日常生活的需求,都需要超级计算机的支撑。

“超级计算机的研究水平决定了一个国家的尖端科研实力。以天气预报为例,如果计算明天天气的时间超过一天,那这个预报就毫无意义了。”国家超级计算济南中心主任张云泉告诉中国青年报·中青在线记者。目前中、美、日、俄等国对高性能超级计算机研究大力投入的背后,也是抢占科研制高点的竞赛。

1后面17个0

这是一个以万亿为计量单位的世界。

在超级计算机领域,有着一份世界500强榜单。根据最新的排名,如果一台机器的运算能力达不到500万亿次每秒,它将被无情地“除名”。衡量超级计算机的标准“简单粗暴”:运算能力够快。上一代超级计算机使用的架构与目前主流的不同,现在的技术将来也可能被量子计算机取代。

这份榜单每隔半年更新一次,总是能引起全世界的关注,人们津津乐道冠军的更替,哪个国家上榜的超级计算机最多、总算力最高还被美国总统写进国情咨文。

2013年至今,中国自主研发的超级计算机就一直稳坐榜首。最近两年,这个位置属于“神威·太湖之光”,它的峰值运算速度达到每秒12.5亿亿次,“1”后面17个“0”,大致相当于200万台普通电脑同时运行。

但它远不止是堆积用于运算的中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)这么简单。张云泉告诉记者,超级计算机的运算速度不遵循“1+1=2”的公式,还得考虑它们之间工作分配、数据传输的损耗。“这就像领导10个人和领导1000个人的区别,如果不能合理管理,每个人的工作效率都会大大降低,即每个CPU和GPU的性能都没有得到充分运用。”

在国家超级计算济南中心,“神威·蓝光”超级计算机黑色的机箱紧密排布,围成一个大圈,被小心安放在数百平方米的一楼大厅内。当这台研发费用数亿元的机器运转时,功耗是1兆瓦,大致相当于1.5万户家庭的家电功率总和,每年仅电费一项支出就接近2000万元人民币。

相比国家超级计算中心的“大手笔”,李北辰参加的ACS18则要求机器总功耗在3000瓦以内,这意味着能使用的CPU、GPU数量有一个上限。

为了最大化利用它们的运算能力,他们必须精打细算,一方面仔细分配每个节点的运算内容,另一方面还要简化复杂的运算,让每个节点能同时计算尽可能多的内容。

在这次比赛中,他们队伍用了16块GPU,总价值超过60万元人民币。为了分摊风险,几位队员一人负责几块,小心翼翼地将这些宝贝从学校的实验室运到比赛现场。赛前,场地上趴满了选手,大家都在紧张地安装和调试设备。

租用超算一天,花费上万元

比赛开始不多久,参赛的选手就开始冒汗。除了心理因素,还因为现场设备高速运转时,会释放大量的热量,队员戏称“可以摊鸡蛋了”。每个GPU都必须配备降温风扇,否则就会因温度过高而停止运行。

对超级计算机来说,如何有效地带走这些“大脑”思考时散发的热量一度是发展瓶颈。在国家超级计算广州中心,工程师专门建造了冷水厂,不间断运送8摄氏度的水进入“天河二号”的水冷系统。

机房还安排人员24小时值班,监控机器的运转状况,清理垃圾进程,实现效率的最大化。“是机器就有损坏和出问题的概率,怎样让它们的影响尽可能小也是门学问。”张云泉说。

李北辰曾参加另一场大学生超算竞赛,48小时不间断地比赛,他和队员只能轮流睡觉,保证有人时刻盯着机器运行。此外,组委会还随机对赛场断电,考查程序及时备份的能力。在实际使用中,这些都是极可能出现的挑战。

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