2021戈登贝尔奖揭晓!中国超算应用一举夺冠,打破谷歌所谓“量子霸权”!
大数据文摘授权转载自AI科技评论
作者:杏花、莓酊
编辑:琰琰
北京时间2021年11月18日凌晨,在全球超级计算大会(SC21)上,由之江实验室联合清华大学、国家超级计算无锡中心、上海量子科学研究中心组成的14人团队摘得素有超算界诺贝尔奖之称的“戈登贝尔奖”(Gordon Bell Prize)!
超算界的“诺贝尔奖”
戈登贝尔奖由美国计算机协会(ACM)设立于 1987 年,是国际高性能计算应用领域最高奖,每年在超算领域顶级盛会“全球超级计算大会(Supercomputing Conference,简称SC)”上进行发布与颁奖。
SC是超算领域的顶级会议,国际影响力巨大,由SC国际超算大会组委会主办,每年举办一次,主要由展会和学术会议构成。
戈登贝尔奖主要颁发给高性能应用领域最杰出的成就,通常会由当年 TOP500 排行名列前茅的计算机系统应用获得,例如美国「泰坦」超级电脑、日本「京」超级计算机上的应用软件都曾获得此奖。成立近 30 年,该奖项一直由美国和日本的软件获得,直到 2016 年,中国研究团队打破了这一垄断。
今年的 SC21在美国密苏里州圣路易斯举行,来自中国的14人团队基于新一代神威超级计算机的算力,凭借“超大规模量子随机电路实时模拟(SWQSIM)”一举夺得冠军!
他们是来自之江实验室及国家超级计算无锡中心的刘勇、刘鑫、李芳、杨雨灵、宋佳伟、赵朋朋、王臻、彭达佳、陈华蓉,清华大学及国家超级计算无锡中心的付昊桓、陈德训,国家超级计算无锡中心的吴汶钊,上海量子科学研究中心的黄合良、郭楚。其中刘鑫、付昊桓、郭楚、陈德训为共同通信作者。
SWQSIM如何打破“量子霸权”
今年我国共有三项超算应用入围戈登贝尔奖,除获奖团队应用外,另外两项应用分别是“千万核可扩展第一性原理拉曼光谱模拟”和“多架构大规模并行保辛结构电磁全动理学等离子体模拟”,这三项应用都曾在此前举行的2021全国高性能计算学术年会(HPC China 2021)上作报告。
今年的获奖项目为——弥合“量子霸权”:使用新神威超级计算机实现随机量子电路的实时模拟。在这项工作中,研究人员引入了一个系统的设计过程,涵盖了模拟所需的算法、并行化和系统架构。通过新一代神威超级计算机,研究团队有效模拟了一个深度为10x10 (1+40+1)随机量子电路。在模拟中,研究团队使用4190万核处理器实现了计算机1.2Eflops单精度或4.4Eflops混合精度性能。
据获奖团队负责人刘鑫在HPC China 2021的介绍,与“悬铃木”200秒完成百万0.2%保真度采样任务相比,“顶点”需要一万年完成同等复杂度的模拟,SWQSIM则可在304秒内得到百万更高保真度的关联样本,在一星期内得到同样数量的无关联样本,打破其所宣称的“量子霸权”。
图注:团队负责人刘鑫在HPC China 2021作报告
此外,该软件还可在60小时内完成比“悬铃木”更复杂的1000多倍的量子电路模拟,实现100~400比特量子电路算法的单振幅和多振幅模拟,为未来量子计算的发展提供了坚实的模拟支撑。刘鑫团队的工作表明:经典超级计算机也可以完成随机量子电路采样任务,因此谷歌所谓的“量子霸权”并不成立。
何为“量子霸权”?“量子霸权”是一个科学术语,与国际政治无关。它指的是量子计算机在某个问题上远远超过现有的计算机,这个词由美国物理学家John Preskill在2012年提出。由于“霸权”这个词让许多人观感不适,现在更经常把它称为“量子优越性”。
“量子霸权”一词最先由谷歌炒起来。2019年10月24日,谷歌在《自然》上发表一篇文章,称其开发出一款54量子比特数的超导量子芯片“悬铃木”。基于该芯片,谷歌对一个53比特、20深度的电路采样一百万次只需200秒。而目前最强的经典超级计算机“顶点”要得到类似的结果,则需要一万年。基于这一突破,谷歌宣称其率先实现了“量子霸权”。
可见,SC2021获奖应用的重大意义不仅在于打破所谓的“量子霸权”,而是证明了经典超级计算机的种种潜在可能,即使道路有点曲折,但超算的前景是光明的。
中国有哪些团队获得过“戈登贝尔奖”
“戈登贝尔奖”设立于1987年,在2016年之前,美国、日本曾垄断该奖项长达近30年。2016年,中国在“戈登贝尔奖”上破冰后,随后又在2017年、2020年获此殊荣。
2020年,由中美合作的研究小组摘得戈登贝尔奖,他们使用HPC+AI+物理模型结合的方法,通过机器学习,将具有第一性原理精度的分子动力学模拟的极限提升至1亿的惊人数量,同时又确保了从头计算(ab initio)的高精准度。这支队伍由来自加州大学伯克利分校、北京应用物理和计算数学研究所、北京大学应用物理与技术研究中心,普林斯顿大学的学者组成。获奖团队8人中有7张中国面孔。
2017年, 由清华大学地球系统科学系副教授付昊桓等带领的团队,凭借基于“神威·太湖之光”超级计算机的强大计算能力完成的“非线性地震模拟”获得戈登贝尔奖。该成果由清华大学地球系统科学系、计算机系与山东大学、南方科技大学、中国科学技术大学、国家并行计算机工程技术研究中心和国家超级计算无锡中心等共同完成。
2016年,由中国科学院软件研究所研究员杨超等人领衔的应用成果“千万核可扩展全球大气动力学全隐式模拟”一举获得戈登贝尔奖,实现了我国高性能计算应用在此奖的零突破。此项成果中科院软件所、清华大学、北京师范大学、国家并行计算机工程技术研究中心和国家超级计算无锡中心的联合团队合作完成,戈登贝尔奖也由团队人员共同完成。
清华连续四年蝉联SCC超算竞赛冠军!
南方科技大学获奖团队成员:Tongzhou Gu ,Yiqi Zhang,Botian Xu,Yingwei Zheng,Bingzhen Wang,指导老师为Jing Fan 清华大学获奖团队成员:Mingshuzhai,zeyu Song,Kaiyuan Rong,Yanyu Ren,Yuxi Zhu,Juncheng Cao,指导教授为翟季冬
尤洋等三位华人获得超算杰出新人奖
SC上为何出现越来越多“中国面孔”
https://studentclustercompetition.us/2021/winners.html
https://tc.computer.org/tchpc/home-page/page-of-awards/
https://mp.weixin.qq.com/s/-1ejp8Q2ZFmYYG-liu_3sA
http://t.cn/A6xfLPIk