做好本科生科研的“引路人”——超算创新竞赛

专 题

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关键词：超算创新  学科交叉   动手实践

什么是科研？科研需要怎样的人才？如何找到自己对科研的兴趣？

许多有志于科研的同学也许会产生这样的疑问，面对广阔的科研世界也许会感到不知所措。而学院同样也在日夜思考和回答这些问题：什么是科研？怎样为科研培养人才？如何发掘同学对科研的兴趣？

为培养学生的科研兴趣、夯实学生的科研基础，北京大学信息科学技术学院设立了超算创新竞赛项目。该项目由北京大学信息科学技术学院研究员梁云负责，自2017年立项以来，项目进展顺利，成效显著。

见微知著——播下高性能计算的种子

随着计算技术的迅速发展，计算技术开始跨学科应用在各个领域，由此诞生了很多前沿的应用方向，其中一个具有代表性的方向就是高性能计算。中国的高性能计算研究处于世界先进水平：2019年上半年，中国共有220个超算集群位列世界超级计算机500强榜单上，总数为世界第一；太湖之光与天河-2A分别占据全球TOP500的第三名和第四名。然而，目前计算机教育主要集中在应用方面，对计算机基础硬件的关注相对较少，高性能计算的发展之路任重而道远。北京大学信息科学技术学院顺应时代潮流，超算创新竞赛项目应运而生。

超算创新竞赛项目的初衷是向校内同学普及高性能计算的领域知识，宣传研究现状，吸引学生进行相关方向的学习和研究，在同学们的心中播下高性能计算的种子。项目致力于高性能计算在本科教学中的普及，为有相关兴趣的同学打造良好的学习环境与实践平台。在参与超算比赛的过程中，同学们将接触到计算机基础的软硬件，包括芯片、操作系统、底层程序。

梁云表示：“我们的教学对基础的软硬件，包括芯片、操作系统等强调的不多。我希望通过超算创新竞赛让更多感兴趣的同学参与，并引导大家通过理论学习和动手实践填补这一方面的空白。” 

融会贯通——交叉学科的活力与灵感

目前该项目招募了对高性能计算、并行计算、操作系统等方向感兴趣的优秀本科生30余人，成立了高性能计算方向的兴趣小组。兴趣小组中除了信息科技学院的同学外，还有来自元培学院、工学院等不同学院的同学。不同的学科专业背景，提供了更广泛的超算应用场景，也为团队增添了活力与灵感。

“我们不仅仅需要计算机相关的知识，还需要一些应用领域的知识。例如有时我们的应用场景会涉及分子动力学，或是数学领域的某些知识，这时学科交叉就拥有更多优势。相比于专业背景，我们会更看重同学们的综合能力和兴趣。”梁云说道。

值得注意的是，该项目与双学位、辅修等项目不重合、不冲突。超算创新竞赛项目中的同学可以根据自身情况自由选择学校开设的其他项目，使自己拥有更多元、更丰富、更广泛的学科背景。

心手合一——理论分析与动手实践并重

参观IBM（国际商业机器公司）、NVIDIA（英伟达公司）等相关企业，参加专业会议和学术活动，开展日常科研训练，参加全球大学生超算挑战赛……这些是超算创新竞赛项目中同学们的日常。超算创新竞赛项目一直注重理论与实践的结合，注重培养学生的动手能力。

该项目为同学们的学习提供了良好的硬件环境支持：为方便交流和讨论，项目为同学们配置了专属讨论会议室；为提供最先进的技术支持，项目采购了三台高性能服务器和一台高性能工作站，组成了一个小型超算集群。除此之外，为了使同学们能够零距离接触真实的产业界运用场景、使用最新的仪器和设备，该项目与高性能计算相关企业保持良好的沟通与合作，组织学生进行丰富多彩的企业参访活动。

在完备的技术支持下和充足的资金支持下，同学们有了动手实验的广阔舞台。

丰富多彩的学术会议和系统专业的培训课程也是该项目中的一大亮点。项目邀请相关专业人士讲解高性能计算技术，支持同学们参加各种学术会议。如在NVIDIA年度开发者大会——GTC中，参会同学在会场体验了主流的硬件平台、了解了高性能计算的发展趋势、与参展企业进行了密切交流。为使完善同学们的知识体系，使之符合高性能计算竞赛及其他相关学术活动的需要，该项目在暑期组织了系统性的培训课程。讨论课以翻转课堂的形式进行，主题涵盖了并行基本框架、加速硬件的编程、网络通信、复杂程序配置和调试等在超算竞赛中必备的基本知识技能。除讨论课培训外，通过参会、讲座等其他形式，邀请领域相关专家，在前沿领域和超算最新方法和趋势等主题上对队员进行培训。

在雄厚的师资力量和系统的专业培训下，同学们有了扎实的理论基础。

平时磨剑，赛场亮剑。项目组织同学参加了多项高性能计算竞赛, 如全球大学生超算挑战全球总决赛（SC'17）、CAPI异构计算设计大赛等。参加比赛的师生与国内外超算团队开展交流，并以较好的专业水平和跨学科的多元性给评委留下了深刻的印象，提升了我校的国际声誉。在参与国际比赛的过程中, 北大超算队与新加坡南洋理工大学、德国慕尼黑工业大学等校的参赛队员结下了深厚的友谊并持续至今，成为了一项优良传统。

“超算是一个集实践与理论于一身的项目。很多同学以后都要参加到科研工作当中，较好的科研训练能帮助大家尽早入门。”项目负责人梁云如是说。因此，除了进行程序编写等实践项目，该项目还将其中较好的部分总结成论文，以提供科研训练。项目的部分成果已经以论文的形式发表的高性能计算领域的顶级期刊Parallel Computing上。复现文章的发表极大的促进了同学们的对于学术严谨性的追求，同时论文复现也是同学们进入科研的第一步，帮助同学们进行科研入门。

纸上学来终觉浅，绝知此事要躬行。超算创新竞赛项目将理论与实践结合在一起，将不同学科的同学聚集在一起，组建的是一支多元学科、欣欣向荣的队伍，培养的是未来科研领域的冉冉新星。

受访者 | 梁云老师

采访 | 丁舒曈

撰稿 | 丁舒曈、三一

编辑 | 三一

图片来源于受访者

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