成绩远超预期,“先导杯”开启应用新征程

admin     2020-09-03 10:58:01

搞硬件难还是搞软件难?

 

这个问题恐怕很难有答案。站在不同的立场,我们就会得出不同的结果——硬件的制程工艺,哪怕是光刻机都是一只只“拦路虎”;而软件工程师看似只要在电脑前敲敲代码动动手指,但是这背后旷日持久的人力和财力投入也并非是一般公司能够承受的。

 

以微软曾经的Windows7操作系统为例——官方数据显示,Windows 7系统有超过5000万行代码,经平均约40人的25个研发小组历时三年研发而成,其主力研发人员和支持工程师其实已经超过了2500人,研发投入超过了20亿美金……要知道,如此巨大的投入还是基于曾经Windows XP等历代版本之上。如果是从无到有的开发,这个难度不亚于平地建起一座珠穆朗玛峰。

 


从这个角度来说,软件面临的挑战是多方面的,除了技术难题之外,包括人才培养、应用环境建设、巨额资本支持等多个问题都亟待软件行业来解决。而伴随着数字化转型和智能时代的到来,我们发现身边越来越多的设备都可以实现了智能化,而软件就是人与物沟通和管理的桥梁。

 

这就是计算力所带来的变革。正如我们前面提到的,硬件变化带来了计算力的提升,但是这种提升需要借助于软件来实现,即需要包括操作系统和上层应用软件的合力。显而易见的是,未来科技的竞争是计算力的竞争,更是整个科技体系的竞争,而体系的建立依赖于全方位的协同发展,包括从底层的计算平台到中间层的基础算法再到上层软件应用。

 

“先导杯”,让更多人用上先进计算

 

作为代表中国最高科技水平的机构,中科院一早就意识到了科技体系的重要性,也从多个方面致力于提升中国的科技体系能力。为此,早在今年3月中科院就展开了“先导杯”并行计算应用大奖赛,以促进产业发展为使命,打造高规格、高影响力的权威赛事,通过发掘人才、优化算法、创新应用、加速成果转化等助推生态发展。

 

自2020年3月25日开赛至今,大赛共吸引了来自全国二百多所重点高校、科研机构、知名企业的601名选手、近500支战队积极参赛。而经过激烈的初赛、决赛和现场答辩之后,最终来自北京大学的“榴莲牛奶”代表队包揽了基础算法赛道的三项特等奖,来自山东大学的“UnderFitting”代表队包揽了人工智能赛道的两项特等奖,最后的应用赛道特等奖分别被来自北京大学的“深度势能”代表队和来自中科院过程工程研究所的“硅过程”代表队获得。

 

来自北京大学的“榴莲牛奶战队”斩获三项特等奖成为全场大赢家

 

在恭喜这些获奖选手的同时,我们也欣喜的看到本次大赛开创了先进计算应用实践的先河——大赛期间产出了近百份创新应用的移植、优化成果,其中有优秀成果入选国际学术期刊、获得国内软件著作权、并基于大赛平台进行商业孵化转化,可谓硕果累累。

 

这也正是中科院发起本次大赛的初衷。在最初的题目预设上,“先导杯”就预设了基础算法、人工智能、行业应用这三条赛道,并针对每个赛道的不同特点设置题目。这样一方面可以让参赛选手有针对性的进行选择,发挥自身优势;另一方面也明确了赛题目标和方向,有利于成果的最终转化。

 


在赛后的媒体采访中,大奖赛评审委员会主席、中科院计算机网络信息中心副主任迟学斌表示。目前我国在并行计算的硬件发展方面,已经达到世界领先行列,但在这些并行计算系统的应用及软件方面与国际先进水平仍存在一定的差距,也更需要有包括“先导杯”在内的更多比赛活动,提升行业认知、加强人才培养,推动并行计算软件与应用研发。

 

大奖赛评审委员会主席、中科院计算机网络信息中心副主任迟学斌

 

“从赛题到真正的商业软件,还有一段路要走。现有的商业化软件也都是诞生于实验室,经过多年的打磨才推向市场。”为此迟学斌也认为,一款出色的商业软件的诞生不能仅依赖于商业公司,更需要来自政府、科研机构等多方面的配合与努力,“我们希望通过大赛让更多人对现有的软件生态形成认知,也希望各界形成合力,支持软件的发展”。

 

来自中科曙光公司的李斌博士也表达了类似的观点。作为大赛先进计算平台的提供方,李斌见证了许多参赛者的成长,“我们给参赛者的开放程度非常大,包括许多底层的技术。在赛后交流中,许多参赛者均表示在算法优化、应用开发过程中获得了很大的提升。这也是传统大赛中没有的新特征”。

 

中科曙光公司李斌博士

 

大赛的这种开放性的确带来了丰厚的回馈。正如李斌博士所说,大赛涉及到生产生活的方方面面,既包括尖端的科研前沿也包括生产的大型仿真。“中科大的参赛项目就是提供了通用的材料模拟软件,通过出色的算法和全新的加速卡硬件,希望能够让自研的软件走向普及,未来该软件也会在曙光的先进计算中心实现部署。”

 

其实在大赛中脱颖而出的应用不胜枚举。结合今年新冠病毒肆虐的实际情况,兰州大学的参赛队伍结合今年疫情肆虐的实际情况,通过一款自主研发软件“MolAICal”,使用国产先进计算平台提出了一种应用设计方案,显示了并行计算可以缩短抗新冠病毒(COVID-19)药物的研制周期,该成果目前已被国际生物信息学顶级期刊《生物信息学简报》(影响因子为8.99)接收。这也成为了“先导杯”大赛推动应用发展的鲜活证明。

 


无独有偶,华中科技大学的参赛战队也同样成绩斐然。他们在比赛中提交了采用自主研发的颗粒两相流直接数值模拟软件PFlows,其拥有大规模计算能力,在世界领先的曙光先进计算平台的助力下,可对十亿以上的网格加百万以上的颗粒系统进行计算。如今,这款软件已经取得了国家版权局的软件著作权登记,是目前该领域最先进的几款软件之一,并能够广泛应用于能源、化工、水利、医药、生物、环境等众多领域。

 

“以软补硬”的先进计算之路

 

其实在推动计算特别是先进计算发展、培养高水平人才方面,中科院一直不遗余力。以“先导杯为例,相对于传统的竞赛与颁奖,“先导杯”更看中大赛的影响力和对于人才的选拔,并借助于多种社交平台形成互动。更重要的是,现场还开通了“招聘直通车”,那些有才华的选手在尽情挥洒、乐在其中的同时,也会被其他高校、科研机构、企业等组织看中,提供了人才交流的新平台,也实现了挖掘人才、利用人才的目标。

 

其实许多人都有这样的疑惑——每年我们有那么多的高校、那么多计算机专业的毕业生,包括本科、研究生在内数十万的人才涌入市场,难道这些还不够吗?事实上这些计算机专业的毕业生距离行业要求依然有一定的差距,特别是对于先进计算来说,无论是在理论知识还是在应用实践上,依然需要不断的培养和充实。

 

大赛专家咨询委员会主席、中国工程院院士李国杰

 

大赛专家咨询委员会主席、中国工程院院士李国杰曾举过这样一个真实的案例——常规的脑科学解剖成像技术重构一只老鼠的大脑需要7000年,而美国普林斯顿大学计算机科学系教授李凯与脑科学家的合作项目将数据分析时间缩短了20万倍。“如果仅仅是脑科学家自己,绝对没有这么高的速度。计算机科学工作者应当和应用领域专家一起开发关键的并行应用程序。”

 

这也正是整个先进计算领域一直强调的“交叉型人才”的概念。其实对于行业来说,出色的科学家和出色的计算机工程师都大有人才,但是难点就在于如何能够将两者结合在一起——正如我们刚刚案例中提到的,脑科学专家不太可能料及计算机,而计算机工程师又不懂深奥的脑科学知识,这样就很难借助于计算机实现效能提升。但是如果有既了解脑科学又了解计算机的交叉型人才,就能够实现1+1>2的效果,也就实现了先进人才培养的初衷,达到了提升计算力和科学计算体系竞争力的效果。

 

“先导杯”的意义也就在于此。或许在外人看来,选拔一批青年人才、颁发一系列奖项甚至有些顶尖企业机构伸出橄榄枝,就意味着大赛的成功;但是在业内人来看,人才培养是一个长期的过程,而“先导杯”也是中科院推动人才培养的努力之一,其实包括中科院乃至于中国计算机学会在内的许多机构和行业组织都在为人才培养而努力。

 

中国科学院计算技术研究所研究员张云泉

 

“人才短板问题至今仍未解决,由于人工智能、大数据运算的进一步普及,人才的缺口更大,所以我们需要更多的并行计算人才来加速信息技术的发展,大赛对于凝聚各方力量,一起把生态比赛做起来,具有重要意义“,中国科学院计算技术研究所研究员张云泉表示。

 

张云泉特别谈到了生态的含义,其实对于先进计算来说,从硬件到软件,从底层架构到上层应用都处于并行计算的生态当中,也自然需要生态人才培养与生态合作伙伴的支持。以本次大赛所使用的曙光先进计算平台来说,在三大赛道的“应用”赛道中就特别设置了开放性的赛题,旨在推动面向国产先进计算平台解决材料、生命科学、天气气候、能源、大数据、AI、商业等关键应用异构并行优化问题,以便于在未来的生产中实现应用。

 

正如中国计算机学会高性能计算专业委员会副主任迟学斌所提到的——“推动并行计算应用的发展,要以计算机系统的发展带动应用发展,努力构建从算法到软件再到应用的良好生态,推动人才队伍建设,激发青年人才对并行计算开发与应用的兴趣。此外,还要通过打造具有示范效应的产业应用,带动整体应用水平提升”。

 

“以软补硬”是本次大会上包括李国杰院士在内多位专家反复提到的词汇,这不仅是对本次大赛的期许与号召,也是对于中国计算发展的精准共识。面对当下硬件基础设施面临的困境,我们需要在软件优化不断提升,借助于算法和优化提升性能,最大限度实现软硬件的互补,推动整体性能的提升。

 


与此同时,从产业与行业环境来说,无论是人才培养还是生态建设,都需要来自于产学研用领域组织与机构的共同努力,高校、科研机构提供先进计算的技术和人才,企业负责将这些技术付诸于实践,同时也在实践中检验技术的可行性,提出改进的方法和方向。

 

未来,通过多方的共同努力,中国先进计算也正在朝着高效、持续、健康的方向发展,争取早日让科技精英真正“人尽其才”,让并行计算机“物尽其用”。


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