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【文/观察者(zhe)网 齐倩(qian)】今年1月，中国学者(zhe)发布一项(xiang)同行评议研究。该(gai)研究基于国产(chan)硬件平台研发“多(duo)节点-多(duo)GPU”大规模分布式异构并行计算水动力模型，用于流域(yu)尺度二维浅水方程高效并行求解。结果显示，在超级计算机模拟中，国产(chan)图(tu)形处(chu)理(li)器（GPU）的性能超过英伟达芯片(pian)近10倍(bei)。
香港《南华早报》日前刊文称，这一成果表(biao)明，美国对华不断升级的技术制裁适得其反，不仅可能会产(chan)生“意想不到的后果”，还进一步挑战了美国制造芯片(pian)的主导地位。
这一结果同样引起国际媒体关(guan)注。法新社2月17日称，这项(xiang)技术进步标(biao)志(zhi)着中国朝着摆脱美国经济制裁的方向迈出了一步。秘(mi)鲁《共和国报》同日表(biao)示，这增(zeng)强了中国在面对美国制裁时的技术独立性。
目前，这篇(pian)题为《基于国产(chan)CPU/GPU平台的水动力模型异构并行计算》的研究报告已(yi)经公开在学术平台知(zhi)网。观察者(zhe)网从(cong)中国水利行业学术期刊《水利学报》了解到，相关(guan)文章即(ji)将刊登于该(gai)期刊。
工程学领域(yu)知(zhi)名社交媒体账号“有趣的工程学”转载了这一报道推文截图(tu)
科(ke)学家经常依靠(kao)模拟来(lai)模拟真实世界的情况，例(li)如使(shi)用水动力模型来(lai)设计防御洪水或城市内(nei)涝的方法。水动力模型具有物理(li)意义明确、可靠(kao)性高等优点，但其计算量(liang)大、算力要求高。
“中国科(ke)学家面临的挑战更加艰巨。”《南华早报》称，在硬件方面，像A100和H100这样的先进GPU的生产(chan)由外国制造商主导。在软件方面，总部位于美国的英伟达限制其CUDA软件生态系统在第三方硬件上(shang)运行，从(cong)而阻(zu)碍了独立算法的发展。
文章作(zuo)者(zhe)、河海大学长江(jiang)保护与绿色发展研究院教授南统超指出，基于以上(shang)原因(yin)，有必要基于国产(chan)CPU/GPU产(chan)业现状发展“多(duo)节点-多(duo)GPU”异构并行计算方案。
据介绍，并行计算成功的关(guan)键，在于高效的数据传输和多(duo)个节点之间的任务协(xie)调，从(cong)而最大限度地减(jian)少(shao)性能损失(shi)。2021年，橡树岭国家实验室的研究人(ren)员使(shi)用Summit超级计算机推出了一种名为TRITON的“多(duo)节点-多(duo)GPU”洪水预报模型。尽管部署了64个节点，但TRITON的处(chu)理(li)速度仅提高了约6倍(bei)。
相比之下，南统超团队提出一种创新架构，将多(duo)个GPU合并到单个节点中，以抵(di)消国内(nei)硬件的性能限制。通过在软件级别改进节点之间的数据交换，他的模型大大减(jian)少(shao)了通信开销。
文章提到，该(gai)模型建(jian)立在国产(chan)通用的x86计算平台上(shang)，CPU为国产(chan)海光(guang)7185处(chu)理(li)器，32核64线程，主频2.5GHz，GPU也是国产(chan)的，支持(chi)128GB内(nei)存，网络带宽200Gb/s。新模型仅使(shi)用7个节点就实现了6倍(bei)的加速，比TRITON使(shi)用的数量(liang)少(shao)了约89%。
海光(guang)7185处(chu)理(li)器
为了验证模型的有效性，南统超团队选择了山东省枣庄(zhuang)市庄(zhuang)里(li)水库作(zuo)为模拟对象，仅使(shi)用200个计算节点和800个GPU，在三分钟内(nei)就模拟了洪水演变过程，实现了超过160倍(bei)的加速，远远超过了TRITON模型。
南统超表(biao)示：“在短(duan)短(duan)几分钟内(nei)模拟河流流域(yu)范围内(nei)的洪水意味着，现在可以更快、更详细地实时模拟洪水演变和各种降雨径流情景。这可以加强防洪防灾工作(zuo)，改善实时水库管理(li)，最终减(jian)少(shao)生命(ming)和财产(chan)损失(shi)。”
他补充道，研究结果不仅可以应用于洪水建(jian)模，还可以应用于水文气象学、沉积和地表(biao)水－地下水相互作(zuo)用等领域(yu)的复杂系统模拟。“未来(lai)的工作(zuo)将扩大其应用范围并进一步测试其在工程实践中的稳定性。”
去年7月，庄(zhuang)里(li)水库开闸泄(xie)洪闪电新闻
《南华早报》认为，这表(biao)明，创新的软件优化(hua)技术，可以令国产(chan)GPU在某些科(ke)学计算方面超越美国超级计算机。尽管存在“单靠(kao)软件调整无法无限期地弥补硬件差距”的质疑，但这一进展凸显了中国研究人(ren)员在关(guan)键技术领域(yu)缓解“卡脖子”风险的更广泛战略。
“中国科(ke)研人(ren)员向英伟达发起挑战，增(zeng)强了中国在面对华盛顿制裁时的技术独立性。”秘(mi)鲁《共和国报》写(xie)道，“这一成果不仅增(zeng)强中国的科(ke)研能力，也代(dai)表(biao)了灾害管理(li)和水文气象建(jian)模方面的一项(xiang)重大进步。”
法新社则感叹称，尽管美国加大了对中国的制裁力度，但中国科(ke)研人(ren)员还是获得了一定的进展。这项(xiang)技术进步标(biao)志(zhi)着，“中国朝着摆脱美国经济制裁的方向迈出了一步”。