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【文/观(guan)察者网(wang) 齐倩(qian)】今年1月，中国学者发布一项(xiang)同行评议研究。该(gai)研究基于国产硬件平台研发“多节点(dian)-多GPU”大规(gui)模(mo)分布式异构并(bing)行计算水动力模(mo)型，用于流域尺(chi)度二维浅水方程高效并(bing)行求解(jie)。结果显示，在(zai)超级计算机模(mo)拟中，国产图形(xing)处理器(qi)（GPU）的(de)性能(neng)超过英伟达芯片近10倍。
香港《南华早报》日前(qian)刊文称，这一成(cheng)果表明，美国对(dui)华不断(duan)升级的(de)技术制(zhi)裁适得其反，不仅可能(neng)会产生“意想不到的(de)后果”，还(hai)进一步挑战了美国制(zhi)造芯片的(de)主导地位。
这一结果同样引起国际媒体关注。法新社2月17日称，这项(xiang)技术进步标志着(zhe)中国朝(chao)着(zhe)摆脱美国经济制(zhi)裁的(de)方向迈出了一步。秘鲁《共(gong)和国报》同日表示，这增强了中国在(zai)面对(dui)美国制(zhi)裁时的(de)技术独立性。
目前(qian)，这篇题为《基于国产CPU/GPU平台的(de)水动力模(mo)型异构并(bing)行计算》的(de)研究报告(gao)已经公开在(zai)学术平台知网(wang)。观(guan)察者网(wang)从中国水利行业学术期(qi)刊《水利学报》了解(jie)到，相关文章即将刊登(deng)于该(gai)期(qi)刊。
工程学领(ling)域知名社交媒体账号“有趣的(de)工程学”转载了这一报道(dao)推文截(jie)图
科学家经常依靠模(mo)拟来(lai)模(mo)拟真(zhen)实世界的(de)情况，例如使用水动力模(mo)型来(lai)设计防御洪水或(huo)城市内涝的(de)方法。水动力模(mo)型具有物理意义明确、可靠性高等优(you)点(dian)，但其计算量大、算力要求高。
“中国科学家面临的(de)挑战更(geng)加艰巨。”《南华早报》称，在(zai)硬件方面，像A100和H100这样的(de)先进GPU的(de)生产由外国制(zhi)造商主导。在(zai)软件方面，总(zong)部位于美国的(de)英伟达限制(zhi)其CUDA软件生态系统在(zai)第三方硬件上运行，从而阻(zu)碍(ai)了独立算法的(de)发展。
文章作者、河(he)海(hai)大学长江保护与绿色发展研究院教(jiao)授南统超指出，基于以上原因，有必要基于国产CPU/GPU产业现状发展“多节点(dian)-多GPU”异构并(bing)行计算方案。
据介绍，并(bing)行计算成(cheng)功的(de)关键，在(zai)于高效的(de)数据传输和多个节点(dian)之间(jian)的(de)任务协调，从而最大限度地减少性能(neng)损失。2021年，橡树岭国家实验(yan)室的(de)研究人员使用Summit超级计算机推出了一种名为TRITON的(de)“多节点(dian)-多GPU”洪水预报模(mo)型。尽管部署了64个节点(dian)，但TRITON的(de)处理速度仅提(ti)高了约6倍。
相比之下，南统超团队提(ti)出一种创新架构，将多个GPU合并(bing)到单个节点(dian)中，以抵(di)消(xiao)国内硬件的(de)性能(neng)限制(zhi)。通(tong)过在(zai)软件级别改进节点(dian)之间(jian)的(de)数据交换，他的(de)模(mo)型大大减少了通(tong)信开销。
文章提(ti)到，该(gai)模(mo)型建立在(zai)国产通(tong)用的(de)x86计算平台上，CPU为国产海(hai)光7185处理器(qi)，32核64线程，主频2.5GHz，GPU也是(shi)国产的(de)，支持128GB内存(cun)，网(wang)络带宽200Gb/s。新模(mo)型仅使用7个节点(dian)就实现了6倍的(de)加速，比TRITON使用的(de)数量少了约89%。
海(hai)光7185处理器(qi)
为了验(yan)证模(mo)型的(de)有效性，南统超团队选择了山(shan)东省枣庄市庄里水库作为模(mo)拟对(dui)象，仅使用200个计算节点(dian)和800个GPU，在(zai)三分钟内就模(mo)拟了洪水演变过程，实现了超过160倍的(de)加速，远远超过了TRITON模(mo)型。
南统超表示：“在(zai)短短几(ji)分钟内模(mo)拟河(he)流流域范围(wei)内的(de)洪水意味着(zhe)，现在(zai)可以更(geng)快、更(geng)详细地实时模(mo)拟洪水演变和各种降雨径(jing)流情景。这可以加强防洪防灾(zai)工作，改善实时水库管理，最终减少生命和财(cai)产损失。”
他补充道(dao)，研究结果不仅可以应用于洪水建模(mo)，还(hai)可以应用于水文气象学、沉积和地表水－地下水相互作用等领(ling)域的(de)复杂系统模(mo)拟。“未来(lai)的(de)工作将扩大其应用范围(wei)并(bing)进一步测试(shi)其在(zai)工程实践中的(de)稳定性。”
去年7月，庄里水库开闸泄洪闪(shan)电新闻
《南华早报》认为，这表明，创新的(de)软件优(you)化技术，可以令国产GPU在(zai)某些科学计算方面超越美国超级计算机。尽管存(cun)在(zai)“单靠软件调整无法无限期(qi)地弥补硬件差距”的(de)质疑，但这一进展凸显了中国研究人员在(zai)关键技术领(ling)域缓(huan)解(jie)“卡脖子”风险的(de)更(geng)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)面对(dui)华盛顿制(zhi)裁时的(de)技术独立性。”秘鲁《共(gong)和国报》写道(dao)，“这一成(cheng)果不仅增强中国的(de)科研能(neng)力，也代表了灾(zai)害管理和水文气象建模(mo)方面的(de)一项(xiang)重大进步。”
法新社则感叹称，尽管美国加大了对(dui)中国的(de)制(zhi)裁力度，但中国科研人员还(hai)是(shi)获得了一定的(de)进展。这项(xiang)技术进步标志着(zhe)，“中国朝(chao)着(zhe)摆脱美国经济制(zhi)裁的(de)方向迈出了一步”。