超算高手巧解“快一步科学命题”

七道题，先要用两天时间进行系统搭建和调试，再用两天时间算完。正在上海大学举行的2024世界大学生超级计算机竞赛（ASC），昨天上午进入前四道题的答题阶段。今早8时，举世关注的“神秘应用”题公布，与其他六道题不同，这道题是由组委会在决赛现场公布的，要求参赛学生正确运行全部算例，并尽可能地缩短应用的运行时间。

科研机构参与命题

始创于2012年的ASC，是由中国倡议举办，与日本、俄罗斯、新加坡等国家和地区的超算专家和机构共同发起，并得到美欧超算学者和组织的积极响应，至今已吸引全球超过一万名在校本科生参赛，与美国SC、德国ISC并称全球三大超算竞赛。

“每年七道题里有六道题可以事先告知选手，而且，好几道题的研制单位也是公开的，几乎都是国内顶尖的计算机科研机构。”组委会成员王艳苹介绍，ASC追求“快一步的视角”，提供最前沿的“快一步科学命题”，引导大学生用最先进的信息技术挑战人工智能（AI）语言大模型、分子动力学、气候水文耦合模式、智慧交通等前沿的高难度赛题，提升他们对“人工智能+科学研究+高性能计算”等新研究范式的直观认识，增强交叉学科的学习和应用能力。

例如，由中科院数学与系统科学研究院研制的今年第一道题“石油开采渗流数值模拟”，这是一道实际工程的计算难题，运用渗流数值模拟软件OpenCAEPoro并行计算优化。命题人员向记者解释，渗流力学广泛用于环境保护、地震预报、生物医疗等领域的科学研究，最困难的是多相流体渗流问题，精细的渗流数值模拟在很多工业应用中都非常重要，但对算力需求非常大。这道题有两大难点，一是运算结果对浮点精度有一定要求，选手需要平衡性能优化和精度损失影响；二是赛题没有选择数值模拟中常见的代数方程组求解或是矩阵运算优化问题，而是聚焦对部分算法的性能提升，以及优化固定算法的代码性能，考察选手对计算机程序开发的能力，以及对并行计算资源的利用能力。

题目涵盖前沿科学

中国ASC的赛题被公认为“世界最难”。组委会赛题技术负责人刘羽说，综观这些年美国的SC、德国的ISC，他们的不少赛题直接拷贝中国原创题，有的是原封不动地搬过去，也有的会事先向中国同行咨询究竟该怎样出一道既有算法难度又有实际应用价值的题目。因为ASC的历年赛题都是聚焦科技前沿，引导大学生“超算高手”用计算去解决尖端科学问题。每年的题目几乎都涵盖天文探索、生命科学、人工智能、气象、材料、化学等前沿科学领域。

“可以自豪地说，中国一流高校的计算机学科教学水平，在世界上也是领先的。”中国科技大学计算机科学与技术学院教授安虹说，由于中国学生在国际大赛上每每都能有优异表现，所以国外有些超算竞赛弄得也像国际乒乓球赛那样频频修改规则，目的就是避免中国选手的成绩“太出色”。比如，本该以考核算力为竞赛之本，但有的国际比赛竟然加进许多“主观题”，占比竟夸张到几乎接近总分的一半。他们通常是考察选手答辩的语言能力，甚至将贴了多少张比赛海报也列为总分的一部分。要知道，对于母语为非英语的中国学生来说，可真是“出师未捷先失分”。

中国赛事极具创新

据悉，今年五大洲有300多支参赛队伍报名参加中国ASC，通过预赛，最终有25所高校代表队云集上海大学，参加总决赛。每支参赛队包含一名指导教师和五名在校本科生。

他们要在3千瓦功耗限制下设计和构建超算集群，比拼大模型推理优化、渗流数值模拟、“神秘应用”等高难度赛题。

今年的“神秘应用”WannierTools是一款基于紧束缚模型研究材料拓扑物性的开源软件，主要功能有识别材料的拓扑相，计算表面能谱，寻找Weyl/Dirac点和拓扑节线，计算Berry相位及Landau能级等。

正是有别于国际同类比赛的规则，中国ASC被称为最具“学术味”和创新含金量。今年的赛事以“新起点、新连接、新挑战”为主旨，主办方表示，随着新一轮以技术为引领的科技革命席卷而来，人工智能、物联网、量子信息等新一代信息技术快速突破应用，天文学、地球科学、生命科学等前沿科学也在飞速发展，ASC有责任引导大学生成为高层次创新型、复合型、应用型的新青年。

本报记者 王蔚