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世界最大規(guī)模的2019 ASC大學(xué)生超算競賽(ASC19)已進(jìn)入激動人心的決賽日。4月21-25日,來自全球20所知名高校的大學(xué)生超算隊伍在大連理工大學(xué)展開最后對決,他們需要自行設(shè)計和構(gòu)建一套高性能計算(HPC)與人工智能(AI)融合的系統(tǒng),從而靈活應(yīng)對來自傳統(tǒng)科學(xué)計算與新興人工智能計算的雙重挑戰(zhàn)。

ASC競賽促進(jìn)HPC與AI融合

作為ASC競賽專家委員會主席,全球超級計算機(jī)排行榜TOP500發(fā)起人、美國工程院院士、橡樹嶺國家實驗室及田納西大學(xué)杰出教授Jack Dongarra認(rèn)為,高性能計算是當(dāng)下推動科學(xué)持續(xù)前進(jìn)的動力,而以深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能計算則為高性能計算探索出一個新的領(lǐng)域,特別是對數(shù)學(xué)、計算數(shù)學(xué)相關(guān)的領(lǐng)域而言更是如此,“我很高興看到ASC競賽設(shè)置了HPC與AI領(lǐng)域的不同賽題,這會讓學(xué)生們在比賽中思考二者如何融合的問題,并學(xué)習(xí)和嘗試親手構(gòu)建一套超算系統(tǒng)來完成不同類型的計算任務(wù),對于他們未來的職業(yè)生涯會有非常重要的啟發(fā)意義?！?/p>

從現(xiàn)實的情況來看,AI與HPC融合的趨勢正在不斷加速。眾所周知,AI訓(xùn)練的數(shù)據(jù)量越大,標(biāo)注越精確,訓(xùn)練出的模型也越精準(zhǔn),同時也需要數(shù)十倍的計算量,這也是人工智能計算快速從單機(jī)單卡計算演變?yōu)閱螜C(jī)多卡、多機(jī)多卡、異構(gòu)集群級計算的重要原因所在。HPC積累多年的多機(jī)并行、高速低延遲網(wǎng)絡(luò)、管理調(diào)度算法等成熟技術(shù)可以大大減輕管理使用AI集群的負(fù)擔(dān)。無論是從經(jīng)濟(jì)性還是便利性來看,HPC與AI的融合都會是一種必然的趨勢,畢竟用同一套系統(tǒng)解決不同領(lǐng)域的問題,勝過兩套彼此獨立的系統(tǒng)。

國家重點研發(fā)計劃“高性能計算重點專項”總體專家組組長錢德沛教授表示:“目前來看,AI與HPC之間的聯(lián)系還處于一個初級狀態(tài),AI有大量的數(shù)據(jù)、推理、訓(xùn)練任務(wù)需要超級計算的支持,HPC可以把AI應(yīng)用到新的領(lǐng)域,比如利用人工智能更精準(zhǔn)的完成天氣預(yù)報等等。但從長遠(yuǎn)來看,AI與HPC可能還存在更深層的關(guān)系,人工智能的初衷就是從人的智能向計算的一個啟發(fā),它對未來的計算模式可能會帶來非常重要的影響。”

人工智能賽題促進(jìn)HPC+AI融合人才培養(yǎng)

從2016年開始,ASC聯(lián)合科大訊飛、百度、微軟等領(lǐng)先人工智能企業(yè),將智能語音DNN應(yīng)用、交通預(yù)測應(yīng)用、機(jī)器閱讀理解等最新人工智能技術(shù)引入到了比賽中,讓參賽選手利用超級計算機(jī)在并行環(huán)境中優(yōu)化人工智能應(yīng)用,引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)架構(gòu)、計算力層面建立起對人工智能的整體認(rèn)知,培養(yǎng)HPC+AI復(fù)合人才。

ASC19總決賽設(shè)置了超分辨率(SR)一個特定領(lǐng)域的賽題——人臉圖像超分辨率,其目標(biāo)是從大規(guī)模數(shù)據(jù)集中探索低分辨率(LR)人臉圖像和高分辨率(HR)人臉圖像強(qiáng)度對應(yīng)關(guān)系,最終讓機(jī)器生成接近真實的HR人臉圖像。SR技術(shù)是近幾十年來廣受關(guān)注的一項視覺計算技術(shù),其目標(biāo)是將低分辨率圖像恢復(fù)或重建為高分辨率圖像。隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)特別是生成式對抗網(wǎng)絡(luò)GAN被引入到SR研究中,這項技術(shù)得以廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星和航天圖像分析、醫(yī)療圖像處理、壓縮圖像/視頻增強(qiáng)及其他應(yīng)用領(lǐng)域。

在總決賽中,20支高校隊伍將重新設(shè)計或調(diào)整他們在初賽階段設(shè)計的SR算法,以便對賽題中使用的人臉圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行4倍分辨率還原。想要達(dá)到競賽要求并取得更好成績,學(xué)生們一方面需要嘗試將HPC技術(shù)融入到AI計算過程中,以實現(xiàn)更高的計算性能;另一方面也要在設(shè)計模型時充分考慮人臉圖像的特征相似性。2016年一項發(fā)表于ECCV的研究成果表明,傳統(tǒng)衡量SR圖像的信噪比(PSNR)和結(jié)構(gòu)相似性(SSIM)并不能很好的反映重構(gòu)人臉的效果。在Facenet和SphereFace等人臉識別算法中都采用512維特征向量作為人臉的唯一特征。本次決賽采用高清人臉(HR)和重構(gòu)超清圖像(SR)提取的512維向量的余弦相似性作為特征相似性。

ASC競賽組委會委員、浪潮集團(tuán)AI&HPC總經(jīng)理劉軍認(rèn)為,人工智能為高性能計算開啟了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域,并彼此融合、相互促進(jìn),“我們希望通過ASC競賽設(shè)置的科學(xué)計算與人工智能計算賽題,讓世界各國的大學(xué)生們通過比賽思考、學(xué)習(xí)并嘗試解決HPC如何更好的與AI融合,從而促進(jìn)HPC與AI交叉人才的培養(yǎng),緩解工業(yè)界與學(xué)術(shù)、教育界爭奪AI人才的矛盾,這是ASC競賽一個非常重要的使命。”

世界大學(xué)生超級計算機(jī)競賽(ASC)由中國發(fā)起組織,并得到亞洲及歐美相關(guān)專家和機(jī)構(gòu)支持,旨在通過大賽平臺推動各國及地區(qū)間超算青年人才交流和培養(yǎng),提升超算應(yīng)用水平和研發(fā)能力,發(fā)揮超算的科技驅(qū)動力,促進(jìn)科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。大賽迄今已連續(xù)舉行8屆,共吸引了全球超過7000名大學(xué)生參賽,是目前全球規(guī)模最大、參與人數(shù)最多的大學(xué)生超算賽事。ASC19由亞洲超算協(xié)會、浪潮集團(tuán)和大連理工大學(xué)聯(lián)合舉辦。