中国网6月19日讯 -- 前不久刚刚举行的2015 ASC世界大学生超级计算机竞赛总决赛上，中山大学代表队一举夺得引人瞩目的e Prize计算挑战奖，并实现了SKA（平方公里射电望远镜阵列）的天文计算Gridding应用的600倍性能加速。
e Prize挑战宇宙计算难题
SKA是国际上即将建造的最大综合孔径射电望远镜，目的是为了解答目前困扰科学界的众多问题，如关于第一代天体如何形成、星系演化、宇宙磁场、引力的本质、地外生命与地外文明、暗物质和暗能量等。该望远镜由数量多达3000个的碟形天线构成，建成后将比目前最大厘米波综合孔径望远镜JVLA灵敏度提高50倍，搜寻速度提高10000倍。
性能提升也意味SKA搜集数据的速度和数量将呈现几何级的增长。据国际SKA项目科学数据处理包计算平台负责人Pieter Christiaan Broekema介绍，SKA每秒采集的数据量计划大于12Tb，相当于2013年底中国互联网国际出口带宽的3.5倍，相当于谷歌每年数据量的30倍。按照现有的超算技术，这种规模的数据需要目前TOP500所有超级计算机的性能之和才能完成，投资巨大且不说，单单每年的电费支出就将是一笔天文数字。
Gridding是SKA中计算步骤最复杂、耗时最多的数据处理环节，整个项目中接近50%的数据需要通过该软件进行处理。因此，如能对Gridding进行高效优化，将有效推动SKA研究的进度，并大幅降低整个项目在计算平台方面的投资和日常开支。
ASC15超算大赛将Gridding选为本次e Prize奖的挑战问题，跟ASC15其他赛题不一样，这道赛题要求是在MIC异构平台上进行比赛，组委会为此设计构建了一套超级计算机平台，计算节点采用16个浪潮NF5280M4服务器，每节点包括2颗处理器和1块英特尔Xeon Phi MIC加速器，各节点间采用高速InfiniBand网络进行连接。各参赛队需要充分发挥超算平台的架构特点，针对SKA Gridding应用特点进行充分的并行优化，同时要保证优化后软件须同时符合科学上通用性、准确度和精度的要求。
中山大学实现600倍提速
经过激烈的竞争，最终中山大学代表队成功优化并正确运行SKA（平方公里阵列望远镜）项目的数据处理软件Gridding的全部三个算例，实现了600倍的加速效果，完成同等规模数据处理的系统功耗降低至原来的1/20，从而为SKA这一全球最大天文学国际合作项目提供了优异的高效能超算设计建议，并凭此获得了本届ASC超算大赛的“e Prize计算挑战奖”
中山大学参赛队指导老师叶纬材认为，这次ASC竞赛将SKA科学大工程的Gridding应用作为大赛赛题是一个非常好的事情，将真实的前沿应用放到比赛上不仅提高了赛事的价值，而且能提升参赛学生的兴趣和热情，并最终推动应用的发展，是个“三赢”的方案。
他介绍说，中山大学参赛队在赛前对Gridding进行了细致的分析，认为Gridding 程序的特点是性能受内存访问的影响最大，计算并发特性高。因此在制定竞赛方案时，为了提升单CPU和MIC核心的计算效能，中山大学参赛队通过对输入数据进行排序和归并，提升内存访问的时空局部性；为了提升多CPU和多MIC核心的并行计算效能，通过对数据进行切割，减少访存冲突；为了提升单节点内部 CPU 和 MIC卡之间的协作效能，引入了带负载调节参数的流水线，并通过测试确定 CPU 和 MIC 卡之间的计算能力比作为负载均衡的依据。
为了达到好的比赛效果，中山大学在赛前自己搭建了一个小型的Gridding训练平台，并使用天河二号作测试，经过反复实验和论证，中山大学参赛队优化的程序充分发挥了 MIC卡的性能，使单个MIC卡提供的计算能力与 24 个当前最新 CPU 核心的水平相当。叶纬材表示，当看到这个结果时队员们都很兴奋。最终，中山大学参赛队以优异的成绩摘得ASC15总决赛e Prize 计算挑战奖。
国际SKA射电阵列望远镜项目科学数据处理包计算平台负责人Pieter Christiaan Broekema表示，目前SKA项目也在进行Gridding程序的MIC异构优化开发，和ASC15合作也是希望通过大学生们的大胆创新能为SKA项目计算平台的科学家们带来一些程序开发灵感。他表示，ASC参赛队伍优化的成绩超出了他的意料之外，他很难想象这样的年轻大学生们能取得如此好的成绩，这个优化的程序版本将为整个SKA项目中计算平台提供很好的借鉴作用，SKA的科学家们对此非常关注。
ASC发起单位、浪潮集团高性能计算总经理刘军表示，异构计算是超算的最新潮流技术，在很多大规模超算项目中，异构计算已经承担了相当重要的作用，其中MIC众核架构具有易移植、易编程的特点被很多超算采用。ASC15大赛的e Prize计算挑战奖选取MIC异构计算平台做竞赛环境，就是希望通过比赛能让更多的大学生了解最新的计算技术、推动应用创新。
e Prize计算挑战奖于2014年首次设立，被称为“青年戈登贝尔奖”，用于鼓励青年人才大胆采用创新技术、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、工程和大数据分析领域实现应用突破。今年e Prize计算挑战奖与国际SKA项目合作，在全球范围内开创了超算竞赛与国际大科学项目结合的先河。(lss)
