嘉宾：安虹

　　国际高性能计算咨询委员会委员

　　中国计算机学会高性能计算专委会常务委员

　　11月17日，在美国SC大会上发布的全球超级计算机500强最新排行榜显示，我国“天河二号”超级计算机再次荣登榜首，连续第4次成为全球最快的计算机系统。

　　“天河”荣膺TOP1后，有个段子流传甚广。有人问美国学者：“中国成了NO.1，你们美国学者有什么感觉？”美国人回答说：“很好啊，中国喜欢得第一，就让他们得好了。他们拿第一的时候，也让我们争取研究经费变得容易。”

　　“美国学者的潜台词是什么？”中国科学技术大学计算机科学与技术学院教授安虹直言：“他们并不认为中国已在高性能计算机系统的核心技术方面超过美国，我们不能沾沾自喜。”

　　在高性能计算领域，美欧毫无疑问仍是霸主。美国此次入选TOP500的系统数量为231套，保持第一；欧洲的入选系统数量从6月份的116套增加到130套。并且，欧美在超算技术与产业应用上都很强。高性能计算领域最重要的两大会议——国际超级计算大会（SC）和国际超级计算机大会（ISC），一个在冬季的美国开，一个在夏季的欧洲开，其中道理，可见一斑。

　　不过，近年来，高性能计算机TOP500的发布已不再是SC和ISC大会上独领风骚的节目了，一档专门鼓励高性能计算人才培养的节目——国际大学生超算竞赛（Student Cluster Competition, 简称SCC）逐渐成为各国关注的焦点。

　　盛会中的高教契机

　　“最近几年，在这些会议上与TOP500同样受到关注的事件就是SCC。”安虹说，“从大学生超算竞赛能够预见一个国家未来的HPC发展水平。”

　　SCC要求每支参赛队伍由6名学生和1名指导老师组成，参赛队伍要在超算厂商的支持下，自行设计搭建总功率不超过3千瓦的小规模机群系统，并在该平台上完成针对系统性能优化的Linpack/HPCC测试、3个事先给定的并行应用软件优化和1个现场给定的神秘应用优化。竞赛过程中，队员们还要接受组委会安排的现场答辩，考察参赛学生对高性能计算技术的全面理解。

　　安虹告诉《中国科学报》记者，SCC每年的竞赛规则不断创新，全面检验了参赛队员的HPC技术水平和应变能力，是一场挑战大学生临场智力发挥和心理承受极限水平的世界顶级赛事。

　　“参加超算竞赛并力求取胜，这对学生的综合能力提出了挑战。他们需要承受巨大的心理压力，并需要在半年内快速学习并行计算软件和硬件设计，以及物理、化学应用等交叉学科知识，比赛时需要连续加班甚至通宵工作，这些都会让学生的综合能力在短时间内快速得到提升。”作为指导老师，安虹非常鼓励学生参加这类活动。

　　安虹从2012年开始带队中国科大曙光队，至今已经参加了3次国际性比赛——SC12比赛中获得总分和LINPACK性能单项亚军，今年的ISC 14上也获得了总分第二名。在今年的SC14大会上，安虹正带领中国科大队参与角逐。

　　中国大陆另外一支入围的队伍是华中科大队，曙光公司代表中国厂商为两队提供了比赛用机、现场安装和调试的随行技术人员以及量身定制的高端液冷刀片服务器。

　　业界认为，超算竞赛给大学生提供了参与大会的舞台，有助于HPC人才的培养——教师通过参加这些比赛可以拓宽视野和计算机教学的思路，学生在系统思维方式、快速学习能力和动手能力方面能够得到训练。赞助商付出了成本，但也收获了学生这样一群“极客用户”，在颇具挑战性的测试环境中对进一步优化产品技术提供了帮助。因此，ISC和SC的超算竞赛活动影响力越来越大，越来越多的高校开始参与进来。

　　高性能教育的时代挑战

　　“过去几年，中国科大、国防科大、清华大学、华中科大，这些学校的参赛学生都没有空手而回。”安虹说，通过比赛，自己对高性能计算也有了更深刻的认识。体会到了“如何引导学生兴趣，理解将来即便不做系统设计，也必须深入理解系统才能用好高性能计算机。”

　　然而，安虹认为，在大数据时代已经到来的今天，高性能计算教育在中国还面临着更加现实的挑战。

　　第一个挑战来自当代多样化的计算机体系结构设计。“现在的计算机系统结构非常复杂，不要说应用科学家难以理解，计算机专业的教师也难以很好掌握。当代计算机系统的结构层次非常多，结构变化非常快，以至于许多传统的高性能计算企业和制造商都无力应对，纷纷退出这个领域。”安虹说，复杂的体系结构变化无法及时地反映到大学课程中来——甚至很多学校的计算机学科都来不及更新课程体系和实践教学环境，这让师生很难跟上计算机结构快速发展的“节奏”。

　　第二个挑战是编程环境纷繁复杂。MPI、OpenMP、CUDA、JAVA、OpenCL、HMPP、OpenACC……安虹在她的幻灯片里一口气列举了几十种并行编程语言和环境。“最近几年，计算机上冒出来一堆形形色色的并行编程模型和环境工具，哪些是最根本的、最应该教授的？”据安虹介绍，尽管中国科学技术大学在并行计算教学和科研方面历史较长、基础较好，但仍感“力不从心”，其他没有并行计算基础的高校更难以快速跟上并行处理技术发展的步伐。

　　此外，安虹认为，我国本科教育对学生并行编程能力的培养不够。“全国每年向社会输送约10万计算机专业的学生，能够编写并行程序的寥寥无几。”她说，随着计算机系统结构的变代，以后不管你喜不喜欢，学生都要学会写并行程序。换言之，并行计算应该在本科课程体系中得到体现，“这需要在计算机课程体系方面有大的变革”。

　　安虹认为，尽管我国在高性能计算机系统研制方面开始占据世界领先位置，但从这些挑战来看，我们在教育方面还远远落后。

　　企业的使命与作用

　　“通过参加比赛，可以发现一些计算机系统设计新的研究课题，而且可以引导学生的兴趣，激发出他们的学习和创造潜力。”安虹的话锋转到SCC，认为这是应对挑战的一大契机：通过比赛训练，学生们不仅可以学到最新的高性能计算技术；而且还要根据比赛要求做一些系统软硬件的设计和开发，为大学生的创新能力培养提供强大的驱动力。

　　安虹介绍说：“在竞赛过程中，学生们经历了解决工程实际问题面临的种种困难。工程师面对出现的问题，马上就能找出问题所在，让大学生们体会到了动手实践的重要性。我们今年去德国参赛，机器运到比赛现场摔坏了，学生目睹了工程师快速现场解决问题的过程，获得了很多在学校教学环境下无法获得的宝贵经历。”

　　“尽管每次只有6个学生参赛，但是受到教育的人远不止这些学生。”安虹说，大学生超算竞赛也给了学校与企业牵手合作的契机，通过合作开展高性能计算教学和培训项目、开设课程，更多的学生和教师能够直接从合作中受益。

　　“要让学生理解现代高性能计算机系统设计的指导思想、真正掌握核心设计技术，就得让他们有机会‘折腾’系统。不提供这样的锻炼机会，就没办法让学生理解系统设计中深层次的问题。”安虹举例说，2012年曙光公司与科大签订战略合作协议，共同建立了“中国科大—中科曙光高效能计算机系统与应用教育培训基地”，面向全国开展超级计算和云计算的教育培训，加快培养在高性能计算机系统与应用领域的高层次人才。安虹透露，曙光公司还提供了价值300万元的服务器、存储、集群软件相关软硬件训练系统，作为教育培训基地的基础实验平台。

　　“学校公共实验基础设施的超算系统，是不允许学生随便拆装的。而曙光公司捐赠的这些设备学生想怎么‘玩’都行，甚至可以将其‘大卸八块’，这对学生深入理解高性能计算系统协同设计思想有很大帮助，对于培养他们自主发现问题和解决问题的能力具有非同寻常的意义。”安虹说，曙光此举体现了企业的社会责任感。

　　与曙光的合作，让安虹深刻体会到，在创新实践教育方面，高校与企业这样的合作非常必要：“学生在实践的过程中，才能真正搞明白什么是高性能计算。”

　　“培养学生的专业兴趣，塑造学生的优秀品质。”安虹觉得，通过参与竞赛活动，通过与企业协作，她摸到了高性能计算教育方面的一点规律。