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【文/观察者(zhe)网 齐倩】今年(nian)1月,中国学(xue)者(zhe)发布一项同行评议研究(jiu)。该研究(jiu)基(ji)于国产硬件平台研发“多节点-多GPU”大(da)规(gui)模分布式异构并(bing)行计算水动力模型,用于流域尺(chi)度二维浅水方程高效并(bing)行求解。结果显(xian)示,在(zai)超(chao)级计算机模拟中,国产图形处理器(GPU)的性能超(chao)过英伟达芯片近10倍。
香港《南华早报(bao)》日前刊文称,这一成果表明,美(mei)国对华不断(duan)升级的技(ji)术制裁适得其反,不仅可能会产生“意想不到的后果”,还进一步挑战了美(mei)国制造芯片的主导地位(wei)。
这一结果同样(yang)引起国际媒体关注。法新社2月17日称,这项技(ji)术进步标(biao)志着中国朝着摆脱美(mei)国经济制裁的方向迈(mai)出了一步。秘鲁《共和国报(bao)》同日表示,这增强了中国在(zai)面(mian)对美(mei)国制裁时的技(ji)术独立性。
目前,这篇题为《基(ji)于国产CPU/GPU平台的水动力模型异构并(bing)行计算》的研究(jiu)报(bao)告已经公开在(zai)学(xue)术平台知(zhi)网。观察者(zhe)网从中国水利行业(ye)学(xue)术期刊《水利学(xue)报(bao)》了解到,相关文章即将刊登于该期刊。
工程学(xue)领域知(zhi)名社交媒体账号“有趣的工程学(xue)”转载了这一报(bao)道(dao)推文截(jie)图
科学(xue)家经常依靠模拟来模拟真实世界的情况,例如使用水动力模型来设计防御洪水或城市内涝的方法。水动力模型具有物理意义明确、可靠性高等优点,但其计算量(liang)大(da)、算力要求高。
“中国科学(xue)家面(mian)临的挑战更加(jia)艰巨。”《南华早报(bao)》称,在(zai)硬件方面(mian),像A100和H100这样(yang)的先(xian)进GPU的生产由外国制造商主导。在(zai)软(ruan)件方面(mian),总部位(wei)于美(mei)国的英伟达限制其CUDA软(ruan)件生态(tai)系统在(zai)第三方硬件上运行,从而阻碍了独立算法的发展。
文章作者(zhe)、河海大(da)学(xue)长(chang)江保护与绿色发展研究(jiu)院教授南统超(chao)指出,基(ji)于以上原因,有必要基(ji)于国产CPU/GPU产业(ye)现状发展“多节点-多GPU”异构并(bing)行计算方案(an)。
据介绍,并(bing)行计算成功的关键,在(zai)于高效的数据传输和多个节点之间的任(ren)务协调,从而最大(da)限度地减少(shao)性能损失。2021年(nian),橡树岭国家实验室的研究(jiu)人员使用Summit超(chao)级计算机推出了一种名为TRITON的“多节点-多GPU”洪水预报(bao)模型。尽管(guan)部署了64个节点,但TRITON的处理速度仅提高了约6倍。
相比之下,南统超(chao)团队提出一种创新架构,将多个GPU合并(bing)到单个节点中,以抵消国内硬件的性能限制。通过在(zai)软(ruan)件级别改进节点之间的数据交换,他的模型大(da)大(da)减少(shao)了通信开销。
文章提到,该模型建立在(zai)国产通用的x86计算平台上,CPU为国产海光7185处理器,32核64线程,主频2.5GHz,GPU也是国产的,支持(chi)128GB内存,网络带(dai)宽200Gb/s。新模型仅使用7个节点就实现了6倍的加(jia)速,比TRITON使用的数量(liang)少(shao)了约89%。
海光7185处理器
为了验证模型的有效性,南统超(chao)团队选择了山东省枣庄市庄里水库作为模拟对象,仅使用200个计算节点和800个GPU,在(zai)三分钟内就模拟了洪水演变过程,实现了超(chao)过160倍的加(jia)速,远远超(chao)过了TRITON模型。
南统超(chao)表示:“在(zai)短短几分钟内模拟河流流域范(fan)围(wei)内的洪水意味着,现在(zai)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(jing)。这可以加(jia)强防洪防灾工作,改善实时水库管(guan)理,最终减少(shao)生命和财产损失。”
他补充道(dao),研究(jiu)结果不仅可以应用于洪水建模,还可以应用于水文气象学(xue)、沉积和地表水-地下水相互作用等领域的复杂系统模拟。“未来的工作将扩大(da)其应用范(fan)围(wei)并(bing)进一步测试其在(zai)工程实践(jian)中的稳定(ding)性。”
去年(nian)7月,庄里水库开闸(zha)泄(xie)洪闪电(dian)新闻
《南华早报(bao)》认为,这表明,创新的软(ruan)件优化技(ji)术,可以令国产GPU在(zai)某些科学(xue)计算方面(mian)超(chao)越美(mei)国超(chao)级计算机。尽管(guan)存在(zai)“单靠软(ruan)件调整无法无限期地弥补硬件差距”的质(zhi)疑,但这一进展凸显(xian)了中国研究(jiu)人员在(zai)关键技(ji)术领域缓解“卡脖子(zi)”风险的更广泛战略。
“中国科研人员向英伟达发起挑战,增强了中国在(zai)面(mian)对华盛顿制裁时的技(ji)术独立性。”秘鲁《共和国报(bao)》写道(dao),“这一成果不仅增强中国的科研能力,也代表了灾害管(guan)理和水文气象建模方面(mian)的一项重大(da)进步。”
法新社则感叹称,尽管(guan)美(mei)国加(jia)大(da)了对中国的制裁力度,但中国科研人员还是获得了一定(ding)的进展。这项技(ji)术进步标(biao)志着,“中国朝着摆脱美(mei)国经济制裁的方向迈(mai)出了一步”。