挑战超算应用性能极限 上海交大获e Prize

  日前，全球最大规模超算大赛——2014年世界大学生超级计算机竞赛(以下简称ASC14)圆满闭幕。在总决赛中以e Prize计算挑战奖的争夺尤为激烈，该奖项需要参赛队在世界最快的超级计算机-天河二号上进行指定赛题3D-EW的优化。最终，上海交通大学以满分的成绩和评审专家的一致好评获得该项大奖。

  e Prize计算挑战奖是ASC大赛中首次设立的单项奖，被誉为青年人才的戈登·贝尔奖(Gordon Bell Prize)，旨在鼓励青年人才勇于解决超算应用难题敢于挑战计算性能极限，激励青年人才利用超级计算机推动科学与工程领域实现应用突破。

  ASC14竞赛评审委员会专家介绍说，e Prize计算挑战奖是ASC大赛中首次设立的单项奖，它强调“挑战”，这个挑战就是提高超算应用软件的并行算法设计和扩展效率，从而真正发挥出大型超级计算机的价值，这实际上就是要解决目前超算发展中普遍面临的“大机器，小应用”的局面。

  据了解，e Prize计算挑战奖经过两轮角逐产生：第一轮，入围总决赛的16支队伍每支分配到天河二号的128个节点，对指定试题3D-EW进行优化;首轮成绩最好2支队伍进入第二轮，在数量高达1024个节点的大规模超算系统上，完成从单核到近20万核的扩展性极限挑战。在奖项的评审中，由核物理、材料、化学、航空航天等领域的专家组成的评审委员会以及BGP的专家逐一仔细审核队伍提交的代码，经过谨慎评审并一致认为：上海交通大学在该赛题中全面地体现出他们对超算实际应用的准确洞察、深入理解，最终评判由上海交通大学获得该项桂冠。

  据悉，本次e Prize计算挑战奖指定的赛题3D-EW全名是“三维纵横波分离的弹性波方程模拟方法”，该赛题的软件来自中国石油东方地球物理公司(BGP)。中国石油专家、BGP研究中心副主任罗国安表示，3D-EW主要采用交替网格的高精度有限差分算法，主要特点是频散小，计算精度高，但是计算量很大，具有很高的扩展潜力。这也正是BGP将该算法提供给大赛，希望汇集全球青年超算人才的智慧对软件进行优化的原因所在。他强调说，3D-EW将在未来用于BGP的实际生产中，因此软件优化的结果不应该脱离实际，而是要从解决现实问题的角度出发对软件进行针对性优化。

  对此，上海交通大学负责优化这道赛题的队员赵嘉明也表示，他认为超算最终的目标是用来解决人类面临的现实问题，因此优化应该是为实际应用而服务的，需要在保证实际应用需要的基础上来提高代码的运行速度，“优化不仅要实现算例的扩展性，更重要的是保障算例的精度，保障优化过程中不会对原程序的可用性产生影响，所以在比赛前我们对石油勘探的物理模型进行了深入研究。”

  ASC14竞赛评审委员会成员强调，3D-EW来自于石油勘探的实际生产应用，这道试题的初衷是希望在尊重应用背景的前提下，通过实际操作掌握并行化、CPU微架构优化、MIC异构程序的开发技术以及天河二号超算平台的使用与调试调优能力。

  据了解，ASC14参赛队员进行优化后的部分性能优异代码，目前已被BGP的应用专家拿回去作更深入的开发，为未来研究和开发更精准、效率更高的石油勘探领域的超算软件提供参考基础。