智能计算

先进计算,开启架构、算法、软件协同推进模式

作者:李佳师来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2020-08-28 13:58我要评论

每隔十年,计算架构就会出现新的大变革。现在又到了新一轮计算架构变革的关键时期。“下一个十年,将出现一个全新的体系结构的‘寒武纪大爆发’,学术界和工业界的计算机架构师将迎来一个激动人心的时代。”中国工程院院士李国杰在今年3月中科院“先导杯”并行计算应用大奖赛启动会上讲了这段话:“而体系结构的改进必须和并行算法、并行软件同步进行。未来几十年是并行计算的黄金时代。”关于并行计算,其体系架构与算法、软件同步演变,中国应该如何推动?

先进计算进入关键布局期

最近,IBM 宣布量子计算机达到量子体积64,达成量子计算新的里程碑,把此前几个月前宣布全球最高量子体积的霍尼韦尔从量子“霸主”的位置上拉下来。全球量子计算竞赛霸主频繁“易主”,从谷歌到霍尼韦尔再到IBM,快速改变,全球巨头之所以为量子计算体积究竟谁是第一名“锱铢必较”,因为现在是量子计算话语权的“确权期”。

事实上,不仅仅是量子计算,目前全球在智能计算等先进计算的竞争异常激烈,因为先进计算领域的争夺决定了未来信息计算领域的竞争格局和话语权。

中国高度重视先进计算的发展,在《“十三五”国家科技创新规划》中提出,发展先进计算技术,重点加强云计算、量子计算、人本计算、异构计算、智能计算、机器学习等技术研发及应用。

从目前来看,“我国的先进水平计算比国际先进水平相差几代,需要很长时间才能够弥补短板。”李国杰院士表示。我们应该采取以软补硬的技术路线,大力发展以并行计算为代表的软件技术,发展软件能够在一定程度上弥补硬件的不足。一个好的算法可以提高计算效率几十倍,甚至可以带动这个产业。

软件应用行业成为体系竞争力的关键

今天的计算架构之争已经演变为体系之争,而体系的建立必须依赖于从计算平台到基础算法到软件应用的全方位协同发展。

我们从量子计算的布局就可以看出这样的发展趋势。目前全球量子计算的发展也仅是“马拉松长跑,跑出了200米。”尽管量子计算尚属于发展的早期,但即便如此作为目前全球量子体积排名第一的IBM公司也已经在“萌芽期”采用了“计算平台+基础算法+软件应用”协同发展的模式进行联合推动。目前IBM Q network联盟包括了航空、汽车、银行金融、能源、保险、材料及电子等多个领域的100多家组织,囊括了商业、学术、初创公司、政府和研究等诸多维度。事实上不仅仅是在量子计算上,在几乎在每一轮的计算架构变革中,美国都是以体系化的思路来推动硬件、软件等生态产业的同步演进。

今天在中国推动先进计算技术的发展,同样需要体系化的思路,把基础算法、软件应用等同步纳入。但一直以来,我国在先进计算的发展上,长期处于“重硬轻软”的态势,相比于其他先进计算的领先国家,软件与应用发展依然是处于滞后的状态。因此,需要大力发展先进计算软件能够尽快缩短我们在硬件计算上的差距。

先导杯搭建软、硬、算法协同平台

那么在先进计算发展的关键窗口期,我们如何将计算架构与基础算法和软件应用各方协同起来?多方协同需要一个平台来降低门槛,将协同常态化,机制化。这其中我们需要谈及历时5个月刚刚结束的“先导杯”并行计算应用大赛。

并行计算硬件、软件、算法的协同发展说起来容易但实现并不容易。难点之一是先进计算的硬件资源获取有一定的门槛,所以降低门槛就变得很重要。这次大赛采用了中科曙光公司提供的先进计算平台和完善的异构编程环境,为参赛选手提供了真实、开放的计算环境。几个获奖的团队都表示,最大的收获之一是有机会真正接触到世界领先的国产先进计算平台。

难点二是并行计算软件开发人员相对于其他软件开发人才并不多。要想让更多的人开发人员加入到并行计算开发队伍中,需要唤醒更多的人重视并行计算。就像大赛评审委员会主席、中科院计算机网络信息中心副主任迟学斌所言,我们已经进入到异构计算时代,并行计算正变得无处不在,而且应用越来越广,并行软件开发未来将大有用武之地。这次大赛起到很好的唤醒和传播的效应。这次大赛全国有超过200多所重点院校、科研机构、知名企业的601名选手、近500支战队参赛。

难点三是并行计算需求与开发的脱节。从经典的并行计算需求来看,并行计算的应用多集中在科学计算、天文、气象、材料模拟、计算化学等,大部分的开发者缺乏“触摸”真实需求和真实难题的机会。而这次大赛给出了大量真实难题,从涉题的维度看,其包括了基础算法、人工智能、应用三个方向,能够真实解题的同时,创造了丰硕的高价值成果。

据了解这次大赛共产出了近百份创新应用的移植、优化成果,涉及二十几个领域的交叉应用,丰富了应用生态,同时算法的优化大幅提升了计算性能,提高了并行效率和运算精度。这其中不乏有优秀参赛作品入选国际学术期刊、获得国内软件著作权,为我国并行计算软件应用生态建设起到了添砖加瓦的作用。

应该说,这个大赛对于推动中国并行计算硬件、软件、算法的协同发展上起到了非常良好的作用,开了一个好头,也搭建了一个很好的互动平台。据了解,第二届中科院“先导杯”并行计算应用大奖赛将于明年举办,希望通过大奖赛的持续举办,凝聚起产业界、学术界、大规模并行计算用户等各方力量,让更多交叉学科人才崭露头角,共同为中国先进计算技术产业补齐应用短板。


责任编辑:李佳师
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