中国工程院院士李国杰:未来是并行计算的黄金时代

作者:张伟 来源:原创 2020-03-25

  获得2017年图灵奖的计算机体系机构大师John Hennessy和David Patterson曾指出——无论是指令级处理器技术还是多核技术,通用处理器固有的低效率加上Dennard缩放比例定律和摩尔定律的终结,使得处理器架构师和设计者已经不太可能在通用处理器中保持显著的性能改进速度。

  因此,并行计算显然成为了破局的关键。在今日举办的中国科学院“先导杯”并行计算应用大奖赛线上启动仪式上,中国工程院院士、大奖赛专家咨询委员会主席李国杰在分享中指出:“计算机体系结构的改进,创新必须和并行算法、并行软件的改进创新同步进行,越是高层的改进得到的性能和效率的提高越大。不管是突破摩尔定律还是冯诺依曼瓶颈,都必须跨层次进行,因此未来几十年将会是并行计算的黄金时代。”

  也就是说,计算机性能越高,能解决的问题规模也就越大,算法优化体现的好处也就越大。尤其当两种算法应用在不同处理器时,低性能单片机可能仅有几倍差距,但若将其放在包含上百万处理器的超级计算机上,两种算法可解问题的规模瞬间将会拉开上百倍差距。

  而纵观整个超算市场,据去年11月发布的全球超级计算机500强榜单来看,斩获冠军的,仍是此前让超算冠军易主的Summit(IBM研发的一款超级计算机),其采用了Power9 CPU和NVIDIA Tesla V100 GPU进行数学协同处理,以每秒14.86亿亿次的浮点运算速度(148.6 petaflops)排在榜首。

  位列其后的是美国能源部与IBM、英伟达和Mellanox合作在2017年开发的山脊(Sierra),排在三四名的则分别是“神威·太湖之光”与“天河二号”。

  这一榜单,预示的是一场百亿亿次的竞争正在逐步拉响。而中美两国差异之处,李国杰将其归结在了研制线路上。李国杰指出,美国超级计算机研制是先有计算需求,根据需求对超级计算机进行设计。目前,我国大型科学计算的应用软件基本都依靠进口,我国超算经费用于应用软件开发的比例不到10%,美国投入资金约为这一数字的6倍。

  中国则洽洽相反,先提高性能,做好后再找应用。虽然中国研制路线很可能要比美国早研制出E级机,但短板在于软件和应用,因此更需加强并行算法和软件开发力度。

  因此国内显然要推动基础软件的研发及重要应用领域的突破创新,这也是此次大赛举办的意义,以更好地满足国民经济建设和社会发展对算力的迫切需求,培养一批先进计算领域的高水平交叉型人才。

  此次大奖赛面向国内各高校、科研院所、企业及社会相关专业人士及团体,针对基础算法、人工智能、应用三个赛道进行比赛,并向选手提供百万级奖金、交流学习及工作机会等奖励。数十位来自中科院系统的科研单位、国家级超算中心、高校及知名企业的专家代表共同担任评审。大赛于2020年3月25日正式启动,预计同年8月举行决赛及颁奖典礼。