从理论到应用 看ASC这几年参赛试题变迁

　　【资讯】日前，以“Try Different”(挑战非凡)为主题的ASC15大赛在北京召开了总决赛大会，宣布包括清华大学、香港中文大学、麻省理工学院联队等全球16所高校在内的队伍成功出线。作为全球最大规模的超算竞赛，本次大赛共吸引了全球6大洲135所高校的152支代表队参加，参赛规模比上届同比增加85%。

　　如何在152支队伍中角逐出最终的16强ASC组委会已经为参赛队伍准备了3大难关，它们分别是——HPCC、NAMD和Gridding三道试题。相比以往，本届ASC15更侧重实际性能与解决问题的能力。回顾近3年来ASC赛题的发展变化，我们也可以更好的看出ASC的发展方向与脉络。

　　2013年ASC13超算大赛预赛试题

　　Linpack：国际上最主流和成熟的超级计算机浮点性能的评价系统。通过对高性能计算机采用高斯消元法求解一元N次稠密线性代数方程组的测试，评价高性能计算机的浮点性能。通过正确性检查，以浮点运算性能最高为目标。

　　Gromacs：用于研究生物分子体系的分子动力学程序包。它可以用分子动力学、随机动力学或者路径积分方法模拟溶液或晶体中的任意分子，进行分子能量的最小化，分析构象等。GROMACS是一个功能强大的分子动力学的模拟软件，其在模拟大量分子系统的牛顿运动方面具有极大的优势。

　　BSDE期权定价：基于倒向随机微分方程(BSDE)的期权定价应用，核心思想为Monte-Carlo计算，参赛小组需要将程序移植至最新的英特尔公司MIC平台上，然后进行优化测试。

　　2014年ASC14超算大赛预赛试题

　　Linpack：超算TOP500排名的重要依据，将主要考察参赛队对硬件平台的浮点计算性能优化能力。参赛队伍要取得好成绩，需要对超算系统体系结构、多级存储一致性、高速网络、算法优化等方面进行全方位的综合研究，在混合架构、单一架构等方案之间比较选择，并结合性能功耗比加以反复优化和测试。竞赛组委会在命题中特意指出鼓励各参赛队伍从算法及代码角度深入分析从底层算法上对HPL软件进行优化。

　　Quantum Espresso应用软件是目前应用较为广泛的开源量子分子动力学计算软件，包含了PWscf、FPMD、CP、PWgui、Atomic五大功能模块，包括电子自洽计算、晶格动力学计算、后续数据处理、电子输运性质计算、分子动力学等模块，能够完成超现实的材料性能模拟，主要应用在新材料开发领域。目前量子分子动力学计算软件普遍具有扩展性较差的弱点，而Quantum Espresso可以根据不同的应用体系扩展上千核到上万核。

　　3D-EW(三维纵横波分离的弹性波方程模拟方法)是本届ASC14的超大规模CPU+MIC异构并行计算集群上的应用优化的指定赛题，是与ASC 14报名同时启动的“中国好应用”征集活动中最终入选的中国自主研发应用软件。该软件由中国石油东方地球物理公司自主研发，在石油勘探等领域具备广泛应用前景。

　　2015年ASC15超算大赛预赛试题

　　HPCC：是一套面向高性能计算机的综合测试程序包，能够测试高性能计算机系统多个方面的性能，包括处理器速度、存储访问速度和网络通信速度，对各种应用都有一定的代表性和参考价值。

　　NAMD(纳米尺度的分子动力学)：能够在大规模并行计算机上快速模拟大分子体系，广泛应用于生命科学等领域，如抗癌药物开发等等。NAMD曾获得过2002年超算界最高荣誉的戈登贝尔奖和2012年的西德尼费恩巴赫奖，能够从几百个内核的典型模拟扩展到超越 500,000 内核的最大的模拟。

　　Gridding：是SKA(平方公里阵列望远镜)数据处理过程中非常重要的一个步骤，也是最耗时的步骤之一。为了生成天空图像，科学家需要对射电望远镜采集的数据进行一系列的操作，但望远镜产生的数据是不规则的，需要被映射到规整的二维网格上，随后才能进行傅立叶变化，这个映射的过程即为Gridding。本次ASC15竞赛要求参赛队在MIC平台上完成Gridding的应用移植。

　　由此我们可以看出，ASC15大赛中第一次采用了HPCC代替了传统的HPL作为评判标准，想必传统HPL来说，HPCC的综合考量更为准确。而第二道试题尽管更换为了NAMD应用，但本身还是分子动力学，相比往年的改进不大。第三题依然针对MIC系统优化，不过Gridding相比前面2年的试题来说在规模和算法上要更为复杂一些，难度也有所增加。

　　从2013到2015，我们可以清楚的感觉到ASC大赛在赛题层面越来越务实，越来越细化，难度也越来越提升。通过预赛的队伍也体现了当下全球大学生超算的最强实力，我们也期待这些队伍在决赛阶段有更出色的表现。

（编辑：ASP站长网）