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【文/觀察者網(wǎng) 齊倩】今年1月，中國(guó)學(xué)者發(fā)布一項(xiàng)同行評(píng)議研究。該研究基于國(guó)產(chǎn)硬件平臺(tái)研發(fā)“多節(jié)點(diǎn)-多GPU”大規(guī)模分布式異構(gòu)并行計(jì)算水動(dòng)力模型，用于流域尺度二維淺水方程高效并行求解。結(jié)果顯示，在超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬中，國(guó)產(chǎn)圖形處理器（GPU）的性能超過英偉達(dá)芯片近10倍。

香港《南華早報(bào)》日前刊文稱，這一成果表明，美國(guó)對(duì)華不斷升級(jí)的技術(shù)制裁適得其反，不僅可能會(huì)產(chǎn)生“意想不到的后果”，還進(jìn)一步挑戰(zhàn)了美國(guó)制造芯片的主導(dǎo)地位。

這一結(jié)果同樣引起國(guó)際媒體關(guān)注。法新社2月17日稱，這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步標(biāo)志著中國(guó)朝著擺脫美國(guó)經(jīng)濟(jì)制裁的方向邁出了一步。秘魯《共和國(guó)報(bào)》同日表示，這增強(qiáng)了中國(guó)在面對(duì)美國(guó)制裁時(shí)的技術(shù)獨(dú)立性。

目前，這篇題為《基于國(guó)產(chǎn)CPU/GPU平臺(tái)的水動(dòng)力模型異構(gòu)并行計(jì)算》的研究報(bào)告已經(jīng)公開在學(xué)術(shù)平臺(tái)知網(wǎng)。觀察者網(wǎng)從中國(guó)水利行業(yè)學(xué)術(shù)期刊《水利學(xué)報(bào)》了解到，相關(guān)文章即將刊登于該期刊。

工程學(xué)領(lǐng)域知名社交媒體賬號(hào)“有趣的工程學(xué)”轉(zhuǎn)載了這一報(bào)道 推文截圖

科學(xué)家經(jīng)常依靠模擬來模擬真實(shí)世界的情況，例如使用水動(dòng)力模型來設(shè)計(jì)防御洪水或城市內(nèi)澇的方法。水動(dòng)力模型具有物理意義明確、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但其計(jì)算量大、算力要求高。

“中國(guó)科學(xué)家面臨的挑戰(zhàn)更加艱巨?！薄赌先A早報(bào)》稱，在硬件方面，像A100和H100這樣的先進(jìn)GPU的生產(chǎn)由外國(guó)制造商主導(dǎo)。在軟件方面，總部位于美國(guó)的英偉達(dá)限制其CUDA軟件生態(tài)系統(tǒng)在第三方硬件上運(yùn)行，從而阻礙了獨(dú)立算法的發(fā)展。

文章作者、河海大學(xué)長(zhǎng)江保護(hù)與綠色發(fā)展研究院教授南統(tǒng)超指出，基于以上原因，有必要基于國(guó)產(chǎn)CPU/GPU產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀發(fā)展“多節(jié)點(diǎn)-多GPU”異構(gòu)并行計(jì)算方案。

據(jù)介紹，并行計(jì)算成功的關(guān)鍵，在于高效的數(shù)據(jù)傳輸和多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的任務(wù)協(xié)調(diào)，從而最大限度地減少性能損失。2021年，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員使用Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)推出了一種名為TRITON的“多節(jié)點(diǎn)-多GPU”洪水預(yù)報(bào)模型。盡管部署了64個(gè)節(jié)點(diǎn)，但TRITON的處理速度僅提高了約6倍。

相比之下，南統(tǒng)超團(tuán)隊(duì)提出一種創(chuàng)新架構(gòu)，將多個(gè)GPU合并到單個(gè)節(jié)點(diǎn)中，以抵消國(guó)內(nèi)硬件的性能限制。通過在軟件級(jí)別改進(jìn)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換，他的模型大大減少了通信開銷。

文章提到，該模型建立在國(guó)產(chǎn)通用的x86計(jì)算平臺(tái)上，CPU為國(guó)產(chǎn)海光7185處理器，32核64線程，主頻2.5GHz，GPU也是國(guó)產(chǎn)的，支持128GB內(nèi)存，網(wǎng)絡(luò)帶寬200Gb/s。新模型僅使用7個(gè)節(jié)點(diǎn)就實(shí)現(xiàn)了6倍的加速，比TRITON使用的數(shù)量少了約89%。

海光7185處理器

為了驗(yàn)證模型的有效性，南統(tǒng)超團(tuán)隊(duì)選擇了山東省棗莊市莊里水庫(kù)作為模擬對(duì)象，僅使用200個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和800個(gè)GPU，在三分鐘內(nèi)就模擬了洪水演變過程，實(shí)現(xiàn)了超過160倍的加速，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了TRITON模型。

南統(tǒng)超表示：“在短短幾分鐘內(nèi)模擬河流流域范圍內(nèi)的洪水意味著，現(xiàn)在可以更快、更詳細(xì)地實(shí)時(shí)模擬洪水演變和各種降雨徑流情景。這可以加強(qiáng)防洪防災(zāi)工作，改善實(shí)時(shí)水庫(kù)管理，最終減少生命和財(cái)產(chǎn)損失?！?

他補(bǔ)充道，研究結(jié)果不僅可以應(yīng)用于洪水建模，還可以應(yīng)用于水文氣象學(xué)、沉積和地表水－地下水相互作用等領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)模擬?！拔磥淼墓ぷ鲗U(kuò)大其應(yīng)用范圍并進(jìn)一步測(cè)試其在工程實(shí)踐中的穩(wěn)定性?！?

去年7月，莊里水庫(kù)開閘泄洪 閃電新聞

《南華早報(bào)》認(rèn)為，這表明，創(chuàng)新的軟件優(yōu)化技術(shù)，可以令國(guó)產(chǎn)GPU在某些科學(xué)計(jì)算方面超越美國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)。盡管存在“單靠軟件調(diào)整無法無限期地彌補(bǔ)硬件差距”的質(zhì)疑，但這一進(jìn)展凸顯了中國(guó)研究人員在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域緩解“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)的更廣泛戰(zhàn)略。

“中國(guó)科研人員向英偉達(dá)發(fā)起挑戰(zhàn)，增強(qiáng)了中國(guó)在面對(duì)華盛頓制裁時(shí)的技術(shù)獨(dú)立性。”秘魯《共和國(guó)報(bào)》寫道，“這一成果不僅增強(qiáng)中國(guó)的科研能力，也代表了災(zāi)害管理和水文氣象建模方面的一項(xiàng)重大進(jìn)步。”

法新社則感嘆稱，盡管美國(guó)加大了對(duì)中國(guó)的制裁力度，但中國(guó)科研人員還是獲得了一定的進(jìn)展。這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步標(biāo)志著，“中國(guó)朝著擺脫美國(guó)經(jīng)濟(jì)制裁的方向邁出了一步”。

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