受訪者供圖

　　凌晨1點46分，鐘發海終于將所有的參賽作品提交到2018ASC世界大學生超級計算機競賽組委會郵箱。幾個小時前，他和團隊成員還在編寫腳本，處理最后一遍審核作品時發現的格式錯誤。
　　ASC世界大學生超級計算機競賽（簡稱“ASC超算競賽”）由中國發起組織，由亞洲超算協會和中國浪潮公司聯合主辦，是世界上最大規模的超算競賽，與美國SC、德國ISC并稱為國際三大超算賽事。2018年初，我校物理工程學院的羅榮輝副教授和河南省超級計算機中心的尚遠博士，從有計算機相關比賽經驗的同學中挑選出6名本科生，組成了鄭州大學代表隊：物理工程學院2016級的鐘發海、2015級的馬天翔，力學與工程科學學院2015級的孔文雁，臨床醫學系2013級的郭佶睿，以及國際學院2015級的耿金貴、2016級的劉旭。2018年5月，他們代表學校參加了2018ASC世界大學生超級計算機競賽，與來自全球高校的300多支隊伍進行了角逐，最終獲得二等獎的好成績。
　　此次ASC超算競賽的題目為復合型，要求參賽隊伍在3000瓦功耗約束下自行搭建超算系統，運行和優化國際通行基準測試HPL系統和基準測試HPCG系統、2017年諾貝爾化學獎冷凍電鏡技術的核心應用RELION系統以及微軟人工智能閱讀理解系統。團隊成員在此之前從未受過專業的系統訓練，對計算機底層原理的認知不夠深入，所以在提升運算速度方面存在很大困難。計算機底層原理的運用為何如此重要？鐘發海舉例說：“比如計算π的值，用普通計算機編程知識編寫程序，可能需要十幾秒才能算出結果，但是運用計算機底層原理知識，例如循環展開、寄存器等，可以讓硬件的性能得以最大限度的發揮，運算速度能夠提高十幾倍。”
　　為了尋找解題思路，團隊成員在現有知識和經驗的基礎上，查閱了百余篇英文文獻。遇到自己不懂的計算機底層原理專有名詞，他們就一個一個地查字典，力求準確掌握、理解透徹。在解決RELION題目時，馬天翔發現了自己在基礎知識上的欠缺，于是他從零開始學習大部分計算機專業學生都沒有接觸過的Linux操作系統。
　　在團隊里，郭佶睿主要負責硬件構建，包括CPU、顯卡等硬件的選擇和組建以及系統裝配，孔文雁負責基準測試，鐘發海和馬天翔負責2017年諾貝爾化學獎冷凍電鏡技術的核心應用RELION的題目，耿金貴和劉旭負責人工智能閱讀理解的題目。由于團隊成員來自不同的校區和院（系），工作內容又各有分工，所以他們大部分時間選擇在線上進行交流討論，討論出新的思路或方案后又埋頭于各自的工作。
　　郭佶睿雖然是臨床醫學系的學生，但是他對無線電技術十分感興趣。他是信息工程學院無線電協會的一員，多次參加有關無線電通訊類的比賽，對計算機硬件及網絡有比較深入的了解。但是參加此次比賽，他卻面臨著一個巨大的難題———缺少構建超算平臺所需的硬件。“巧婦難為無米之炊”，這讓有過ASC大賽經驗的郭佶睿相當頭疼。硬件的缺失幾乎讓整個團隊寸步難行，沒有硬件就無法搭建超算平臺，也就無法進行項目測試。
　　面對困難，團隊成員并沒有氣餒，想盡各種辦法來克服困難、創造條件。孔文雁在亞馬遜等平臺上租用超算服務器對自己的項目構思進行測試。“由于是通用的服務器，所以很不穩定，需要長時間盯著，非常耗費精力，速度也很慢。”孔文雁說。耿金貴和劉旭也同樣受到硬件缺失的影響，他們選擇了更加直接的方法：“我們去網吧通宵，選擇了幾臺顯卡配置為GTX1080Ti的電腦，臨時搭建了一個超算平臺，盡可能地提高人工智能回答問題的準確度。”
　　為了合理調配手中的資源，隊員們根據各項任務的緊迫程度制定了一個時間表，以保證在同一時間段內，超算平臺只“跑”一組數據，從而提高整體效率。鐘發海說：“這就好比是一個水管，如果接5個水龍頭，雖然每個都能出水，但出水量都很小，如果只接一個水龍頭，出水量卻要大得多。”為了節約運算資源，他們減少了運算數據量，通過小容量的測試來對自己的想法進行原理性驗證。“沒有運算資源的時候，我們就查閱資料，分析一下現有成果，再做一些設想，一旦手頭有可用的計算資源，就馬上驗證我們的設想。”郭佶睿說。
　　所謂人工智能機器閱讀理解，就是需要參與者自行設計神經網絡模型，讓人工智能機器來回答大賽指定的問題。為了盡可能地提高準確率，劉旭和耿金貴不斷調整參數，改變內部網絡，從而使準確度評分大幅度提升，達到31.74分。
　　運行RELION系統，就是執行2D、3D分類以及最終3D重建的圖像分析。在這一挑戰中，隊員們需要合理配置運算資源以減少運算時間。最初，2D、3D分類任務需要運行9千余秒，3D重建任務需要運行8萬余秒，相當于一天左右的時間。為了提高運算效率，隊員們對編譯器、MPI軟件、GPU等軟件進行了協同優化，設計出合理的程序方案。不同的程序方案有不同的優化方向，具體到某一個任務上，測試一次需要百余種優化。為了減少計算占用的資源，鐘發海和馬天翔不得不對優化方向進行排列組合，不斷嘗試，尋求協同優化。在嘗試了十幾種優化方案后，2D、3D分類任務運行時間縮短至3千余秒，3D重建任務運行時間縮短至4千余秒，運算效率分別比原來提高了3倍和20倍。
　　在備戰比賽的過程中，團隊成員一直將“Thereisnoshortpathtosuccess”當作座右銘———“成功之路無捷徑”。在這場競爭激烈的拉鋸戰中，面對基礎差、題目難、硬件匱乏等重重困難，他們腳踏實地，迎難而上，勇于拼搏，不懈努力，滿懷著對科創的熱情和昂揚的斗志，在超算之路上譜寫出屬于自己的青春之歌。