走进“太乙” 南科大携手英特尔跑出“深圳速度”

自2012年4月建校至今，南方科技大学（简称南科大）仅用七年时间就取得了泰晤士报全球大学排名第八位（中国内地）的佳绩，在高校学术界跑出了前所未有的“深圳速度”。这一系列成果的背后，既有国家持续多年的巨大投入与扶持，也有南科大秉承“敢闯敢试、求真务实、改革创新、追求卓越”的创校精神，在科学研究、技术探索等方面的不断努力。

截至2018年底，南科大累计发表学术论文5406篇（其中，中期刊论文4618篇、会议论文692篇、学术论著96本），授权专利192项。科研奖励方面，共计获得国家级科技奖励3个，省部级科技奖励4个，深圳市科技奖励6个，同时获得了包括“戈登贝尔奖”、“求实奖”在内的多个国内外奖项。2018年，南科大自然指数加权论文值为83.33，在中国大学自然指数排行榜中排名第28位，化学、材料科学两个学科也进入了ESI全球前1%。

对于力学、物理学、生物学、化学、材料学等学科来说，用于模拟环境、前沿应用等方面的计算需求与日俱增，传统的基础设施并不能支撑新兴的科研需求。“我在2015年来到南科大时就做了第一期的超算系统，大约在2017年7月启动了二期工程。”南方科技大学副校长鲁春回忆称，“我们的教授大概有80%是从国外招回来的，他们要进行科研，对计算资源的需求量在不断增长，包括我们的学生、博士后，对计算的要求都比较高。”

如今，南科大获批建设的各级各类科研平台达到36个，包括省部级科研平台9个，市级科研平台27个，另有在建科研机构4个，教授规模增至近400名。为了让科研工作能够顺利开展，南科大在设备层面提供了强有力的支持，一个显著的例子就是将一期300个节点的HPC集群进行了大规模升级。2018年11月公布的TOP500中，来自南科大的二期HPC系统——“太乙（TaiYi）”位列第127位，是中国唯一上榜的高校级高性能集群，也是除了国防领域特殊需求的机器之外，计算力能力最高的HPC集群。

南科大二期HPC系统——“太乙（TaiYi）”

据了解，南科大在选择HPC部署的时候主要考量了两大因素，一个是教授需求，一方面体现在分析数据时对计算性能、速度的要求，另一方面则是在进行人工智能自动驾驶等算法优化时，系统是否有相关的功能支持。另一个是学科需求，这也是源于南科大在购买系统前对学校各院系的意见征集，例如材料系在分子、原子、电子量级的计算中，对计算量的要求是非常巨大的；计算机系更关注人工智能，要从研究AI的角度看系统是否能满足要求；生物系并不要求计算有多快，而是要求存储很快，当存储的量很大时，能在短时间内把目标找出来。

“学校要买这么一个（HPC）平台，就要兼顾到所有的需要，所以我们把教授的意见综合在一起，在我们的招标文件能够把这些都满足。资金的来源是由政府提供，我们必须严格按照政府资金使用程序来使用。对于谁来应标，最终选择谁，必须要做到公平公正招标有相应的规则，我们是严格按照这个规程走的，并且是在深圳市的采购中心——全市的资金平台。”鲁春说。

最终，南科大选择了以英特尔至强可扩展Gold 6148 20C 2.4GHz为处理器平台构建的HPC系统，部署规模为815个双路刀片节点（每个节点40个核），包括4个GPU节点、2个FPGA节点、4个KNM节点，DSS-G存储容量5.5PB，专门为数据库搜索等场景设计的胖节点内存为6TB，高速网络互联方面则是Omni-Path架构。根据TOP500给出的信息，“太乙”系统的理论峰值性能达到2488.32TFlop/s，实测计算性能达到1686.54 TFlop/s，实测Linpack效率超过67%。能耗方面，采用风冷散热技术的“太乙”系统PUE在1.5左右，未来也会考虑选用水冷的方案。

“太乙（TaiYi）”在TOP500中位列第127位

鲁春谈到，南科大一直在根据不断变化的使用需求在调整机器的升级策略，其中不仅包括英特尔、集成商等在硬件、技术领域的更新，还会涉及在人工智能、大数据等使用场景的应用。例如多采用螺旋桨起落的无人机在工程作业时，要经过大量的空气动力学计算，这些模拟测试都要在实验室完成，包括机翼形状、模型选用、气流状态等等，这些在真实环境难以还原的场景在计算机上就很容易实现。

再如生物信息学，要通过模拟脑电波在某种环境中的状态研究一些疑难杂症，像抑郁症实际上就是大脑某个区域的病变。“类似的模拟在超算上的应用会越来越多，我们更希望将来机器能够代替人脑。”鲁春认为，随着数据量呈现指数级的增长，借助人类提供的算法，将有越来越多的学科使用HPC系统去解决问题。

纵观科技发展史，每一项革命性技术的诞生都与科研院所和高校有着千丝万缕的联系。而在国内的多个具有代表性的HPC系统部署案例中，高校也占据着一定的比例，这也表明中国的科研能力和水平在迈向更高的层级。例如在联想全球HPC业务中，高校和科研机构的应用部署合计份额占到30%-35%左右。

在鲁春看来，超算在高校的发展或许会有两个走向，其一是资源聚集型，通过大规模的平台部署提供计算、存储、网络资源。其二需求个性化，针对AI等特定场景在计算、存储等方面进行相应的配置。这种使用需求上的变化，也为半导体、SI、HPC厂商提出了新的要求，即交付的不止是一款硬件设备，以英特尔为例，其提供的就是涵盖处理器、高速互联、存储技术、软件工具、网络适配的HPC整合解决方案。

长期来看，南科大要利用超算平台开展一些产学研的项目，将模拟训练与实验室实践相结合，为科研、为社会做出更多实质性的贡献。“这些设备的投入对科研产出、学术表现、人才吸引是很有帮助的。作为一所综合实力高速成长的新高校，我们希望超算可以为学校提供更大的帮助。”鲁春说。

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