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【文/观察者网 齐倩(qian)】今(jin)年(nian)1月，中国学者发布一项(xiang)同行(xing)评议研究。该(gai)研究基于国产硬件(jian)平台研发“多节点-多GPU”大规模分布式异构并行(xing)计算水动力模型，用于流(liu)域尺度二维浅水方程高效并行(xing)求解。结(jie)果显示(shi)，在超级计算机模拟中，国产图形处理器（GPU）的性(xing)能超过(guo)英伟达芯片近10倍。
香港《南华早报》日前刊文称，这一成果表明，美国对华不断升级的技术制裁适(shi)得其反，不仅可(ke)能会产生“意想不到的后果”，还进一步挑战了美国制造芯片的主导地位。
这一结(jie)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(biao)志着中国朝着摆(bai)脱美国经济制裁的方向(xiang)迈(mai)出了一步。秘鲁《共和国报》同日表示(shi)，这增强了中国在面对美国制裁时的技术独立性(xing)。
目前，这篇题为(wei)《基于国产CPU/GPU平台的水动力模型异构并行(xing)计算》的研究报告已经公开在学术平台知网。观察者网从中国水利行(xing)业学术期刊《水利学报》了解到，相关文章即将刊登于该(gai)期刊。
工程学领域知名社交媒体账号“有趣的工程学”转载了这一报道推文截图
科学家经常依靠(kao)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(yi)明确、可(ke)靠(kao)性(xing)高等优点，但其计算量大、算力要求高。
“中国科学家面临的挑战更加艰巨。”《南华早报》称，在硬件(jian)方面，像A100和H100这样的先进GPU的生产由(you)外(wai)国制造商主导。在软件(jian)方面，总(zong)部位于美国的英伟达限制其CUDA软件(jian)生态系统在第三方硬件(jian)上运行(xing)，从而(er)阻碍了独立算法的发展。
文章作者、河海(hai)大学长江保护与绿色发展研究院教授南统超指出，基于以(yi)上原因，有必要基于国产CPU/GPU产业现状发展“多节点-多GPU”异构并行(xing)计算方案。
据介绍，并行(xing)计算成功的关键，在于高效的数据传输和多个节点之间的任务协(xie)调，从而(er)最(zui)大限度地减少性(xing)能损失。2021年(nian)，橡树岭国家实验室的研究人员使用Summit超级计算机推出了一种名为(wei)TRITON的“多节点-多GPU”洪水预报模型。尽管部署了64个节点，但TRITON的处理速度仅提高了约6倍。
相比之下，南统超团队提出一种创新架构，将多个GPU合并到单个节点中，以(yi)抵消国内硬件(jian)的性(xing)能限制。通过(guo)在软件(jian)级别改进节点之间的数据交换，他的模型大大减少了通信开销。
文章提到，该(gai)模型建(jian)立在国产通用的x86计算平台上，CPU为(wei)国产海(hai)光(guang)7185处理器，32核64线程，主频2.5GHz，GPU也是国产的，支持128GB内存，网络带宽200Gb/s。新模型仅使用7个节点就实现了6倍的加速，比TRITON使用的数量少了约89%。
海(hai)光(guang)7185处理器
为(wei)了验证模型的有效性(xing)，南统超团队选择(ze)了山东省枣(zao)庄市庄里水库作为(wei)模拟对象，仅使用200个计算节点和800个GPU，在三分钟内就模拟了洪水演变过(guo)程，实现了超过(guo)160倍的加速，远远超过(guo)了TRITON模型。
南统超表示(shi)：“在短短几分钟内模拟河流(liu)流(liu)域范围内的洪水意味着，现在可(ke)以(yi)更快、更详细地实时模拟洪水演变和各种降雨径流(liu)情景。这可(ke)以(yi)加强防洪防灾工作，改善实时水库管理，最(zui)终(zhong)减少生命和财产损失。”
他补(bu)充道，研究结(jie)果不仅可(ke)以(yi)应用于洪水建(jian)模，还可(ke)以(yi)应用于水文气(qi)象学、沉积和地表水－地下水相互作用等领域的复杂系统模拟。“未来的工作将扩大其应用范围并进一步测(ce)试其在工程实践中的稳定性(xing)。”
去年(nian)7月，庄里水库开闸泄洪闪电(dian)新闻
《南华早报》认(ren)为(wei)，这表明，创新的软件(jian)优化技术，可(ke)以(yi)令国产GPU在某(mou)些(xie)科学计算方面超越美国超级计算机。尽管存在“单靠(kao)软件(jian)调整无法无限期地弥(mi)补(bu)硬件(jian)差距”的质疑，但这一进展凸显了中国研究人员在关键技术领域缓解“卡脖子(zi)”风险的更广泛战略。
“中国科研人员向(xiang)英伟达发起挑战，增强了中国在面对华盛顿制裁时的技术独立性(xing)。”秘鲁《共和国报》写道，“这一成果不仅增强中国的科研能力，也代表了灾害管理和水文气(qi)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，但中国科研人员还是获得了一定的进展。这项(xiang)技术进步标(biao)志着，“中国朝着摆(bai)脱美国经济制裁的方向(xiang)迈(mai)出了一步”。