超算创新塑造美好未来——线上ISC20圆满落幕

导 读

首次在线举行的国际超算大会，没有了川流不息的展会，少了些面对面的交流碰撞，日程紧缩但来自全球4000多位线上参会者热情不减，ISC20于6月25日圆满落幕。站在21世纪一个全新十年的开端，放眼未来，我们清晰地看到我们向E级超算又迈进了一步，而随着HPC与大数据、AI的融合发展，超算技术和应用水平不断提升，依托超算创新进一步驱动人类未来发展的态势也日渐明朗——HPC正在“塑造未来（SHAPING TOMORROW）”。

ISC20的Keynote重点回顾了过去一年来HPC领域获得的成就和带来的影响；聚焦亚洲超算发展的“HPC in Asia”主题论坛，为进一步了解亚洲各国的超算发展现状提供了重要参考；作为大会另一重头戏的特邀项目，各论坛主席围绕技术发展现状、研究进展以及未来高性能计算发展趋势做了概要介绍。

Keynote

“World in Hope”

作为国际超算大会的资深嘉宾，美国印第安纳大学的Thomas Sterling教授已经连续十多年在ISC系列会议中受邀做主旨演讲，带领大家回顾过去一年来HPC领域获得的成就。今年回顾的关键词是“充满希望的世界（World in Hope）”，由于COVID-19疫情冲击，今年全球政治、经济、社会发展都受到一定程度的影响，在这种严峻的形势下，全球的科技力量特别是超算力量纷纷投入到抗疫战争中，报告中，他分别以美日欧为例介绍了超算抗疫相关工作。TOP500榜单的新晋冠军——日本的富岳超级计算机，还未全部完成安装就部分投入使用，免费支持了COVID-19相关的多个科研项目；通过欧洲高级计算合作伙伴计划(PRACE)，德国与瑞士的超算中心也投入到辅助诊断诊疗、虚拟药物筛选等工作中；美国依托德克萨斯先进计算中心(TACC)支持了500多位研究人员的40多个抗疫相关项目。

Thomas教授重点介绍了在全球公共卫生面临危机与挑战的背景下HPC和AI的大融合的发展趋势。为了应对如COVID-19疫情等人类健康问题，HPC各领域需要在架构、算法、应用等多方面进行协同创新来满足人类的需求，保障人类的健康。最新的人工智能方法也广泛地运用到精准医疗健康中，通过AI分析不同来源（X光、磁共振）的医疗映像，建立映像、病症、疗法的关联，推动精准医学的发展。最后，Thomas教授还介绍了新近推出的基于非冯·诺伊曼架构设计的类脑芯True North，拥有100万个模拟神经元和2.68亿个模拟神经突触。这种新型的芯片被认为是非常适合于执行特定类型的计算，如模式匹配、关联分析等。

主题论坛

HPC in Asia

自九年前第一次进入ISC大会议程到今天，HPC in Asia已逐步成为ISC的热点主题，是世界了解亚洲超算的重要窗口。今年，中国、沙特阿拉伯、泰国、新加坡等国代表为大家介绍了亚洲各国最新超算发展现状。

我国国家重点研发计划高性能计算专项专家组组长钱德沛教授介绍了我国E级超算系统发展面临的挑战以及研制进展，分析了我国E级原型机、高性能计算应用与高性能计算环境平台的当前发展形势。并从体系结构、处理器、内存、互连、系统软件、建模方法与并行算法、可靠性、构建高性能计算生态环境等方面讨论了E级超算系统研制中若干关键技术问题。最后，他强调，高性能计算未来的发展态势将继续紧贴BigData 和AI，以大数据为基础，加速HPC和AI融合发展。

沙特阿拉伯代表介绍了阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）负责运营的入选TOP500榜单的三台超算系统及具体应用。考虑到人工智能领域的应用需求，其中，Shaheen II超级计算机正准备升级，预计将在2022年前完成。新加坡代表分享了由新超算系统、数据中心和国家远程网络三个部分组成的最新高性能部署计划，由于新冠疫情，该部署计划进度也受到了一定影响。泰国代表介绍了泰国高性能计算主要的合作平台——国家e-science基础设施协会，致力于借助超算推动高能粒子物理学、计算科学及计算机科学等领域的研究。在泰国，数据科学、AI、物联网和计算科学等领域的发展需求大力推动了高性能计算系统的发展。

考虑到参会嘉宾涉及全球多个国家和地区，本届全球超算大会部分会议内容进行了现场直播，部分采用了提前录制的视频进行，还有一些会议内容顺延到了明年（ISC21），如围绕与超算生态系统构建密切相关的“系统架构”、“应用与算法”、“新兴技术”、“并行编程与性能建模”、“机器学习日”为专题的特邀项目顺延到了明年，但ISC20还是邀请了各个特邀项目分论坛的主席对各分论坛的主题背景、内容安排以及先进技术发展趋势等进行了重点介绍。小编精心整理了几个专题的介绍内容，供大家学习参考~

系统架构

System Architecture

特邀项目“系统架构分论坛”由日本东京大学、日本理化学研究所Masaaki Kondo副教授担任主席。Masaaki Kondo副教授介绍，随着摩尔定律逐渐失效，超算系统性能的进一步提升遇到巨大挑战。应对这些挑战的技术发展方向之一是采用新的架构和自定义功能模块，比如领域专用架构(DSA)，CGRA/FPGA，Systolic Arrays，NVMM，Storage Class Memory等。此外，也可以考虑采用AI和量子计算等新的计算模式。但这些技术也必将使异构集成架构更加复杂。因此，硬件和软件的协同设计尤为重要，如何充分利用现有资源也需要仔细考虑。基于这个背景，该论坛围绕系统框架发展安排了四个专题子论坛，主题分别为“内存新技术”、“下一代HPC关键组件RISC-V”、“容器在HPC中的应用”，以及中国国家超级计算广州中心主任卢宇彤教授担任主席的“E级系统展望”。

关于E级超算系统，多个国家先后公布了多台超算系统的研制规划，在接下来的几年内，我们将有幸见证多套E级系统真正实现，这是一个令人振奋的时期。随之，现在也到了思考未来十年“Post Exascale”的时间了。下一个十年，超算系统硬件和计算方法将会更加多样化，有着更多的不确定性。面对存在的诸多挑战，各国专家深入合作、共同努力将至关重要。ISC2021系统架构发展分论坛将就这些议题进行深入细致的分享与讨论。

应用与算法

Applications & Algorithms

德国慕尼黑工业大学科学计算系主任Hans-Joachim Bungartz教授担任特邀项目——“应用与算法”分论坛的主席。他指出，在超算发展生态环境中，应用与算法非常重要。超算系统协同设计不光是系统与应用的协同，而是包括了“应用与算法”的协同和“算法与超算系统软硬件”的协同。超算应用主要着眼于超算具体能做些什么，怎样为社会发展、科技进步提供洞见。近年来随着超算能力的持续提升，各领域技术的不断创新，大数据处理、人工智能成为了超算的新兴应用领域并不断蓬勃发展，超算与人工智能融合已经成为创新发展的必然趋势。

“应用与算法”分论坛将分为四个专题，“HPC赋能AI”——随着GPU加速器、专用硬件如TPUs、FPGAs、ASICS以及通用可扩展的算法的发展，HPC为AI大发展赋能；“AI赋能HPC”——人工智能、深度学习的最新技术加速HPC转型，引领并赋能各行业智能化发展；“HPC在能源转化方面的应用”——如何利用HPC促进能源创新，进一步提高能源产量，开发可再生能源，并减少产业界的能源消耗；“混合精度计算”——摩尔定律逐渐失效，存储墙问题日益严峻，合理调整精度大小是我们减少能耗、增加速度的最佳选择之一。在明年ISC的舞台上，这个分论坛的具体内容将一一精彩呈现。

新兴技术

Emerging Technologies

特邀项目“新兴技术前沿论坛”由哥伦比亚“纳米计划”主任、哥伦比亚大学Charles Batchelor教授担任主席。Batchelor教授介绍，该论坛主要围绕“极致异构准备”、 “利用硅光子学来满足E级系统需求”、 “下一代光交换网络”、“新兴的神经元和非常规计算技术” 四个主题展开，每个主题都邀请了多位领域专家分享他们的研究成果，探讨新兴技术的发展方向，并进一步探索新兴技术面临的各项挑战和所需的解决方案。

其中，主题一将围绕美国能源部在E级超算系统研制方面的技术路线图，展示跨系统、深度内存的异构内核，保持I/O性能的稳定提升，这将驱动超算系统的异构创新。由于异构最大的挑战在软件开发中，因此也将重点探讨基于异构系统的软件和应用组件开发。主题二将探讨如何将光子学用于逻辑通信，形成一个非常安全的通信计算系统，来满足未来E级超算的需求。主题三将围绕下一代计算的光交换和网络，重点探讨超低能量计算研究覆盖了从光学互连到新的体系结构，如何推动系统的计算体系结构向超低功耗体系结构的方向发展。主题四将探讨用于光储层计算的光学微激光阵列，大规模线性光神经网络集成，以及如何在将非传统光学领域计算技术用于未来的深度神经网络和各种计算平台等。

世界超算的发展与各国科学家、工程师们的交流合作和协同创新密不可分。随着世界各国在下一代超算计算机研制与应用方面的不断投入，超算系统软硬件协同设计日益优化，超算系统的性能进一步提升。超大规模的线上ISC20为全球超算精英进一步提供了触手可及的沟通交流、思维碰撞的平台，未来的E级超算系统呼之欲出。超算创新也将进一步驱动发展，塑造人类美好未来，在迎接超算发展新纪元到来的同时，让我们携手拥抱超算发展的新机遇，共同迎接新挑战！

热门文章推荐超算— — NSCC-GZ — —素材提供：万文、颜辉、钟康游、张永光撰稿：万园园、岳苹微信编辑：霍志昕
初审：万文审核：万园园审核发布：李奈青