基于新一代「神威」，经典超算打破量子优越性，中国超算应用团队摘得2021戈登·贝尔奖

发布时间：2021-11-19 15:43:17来源：机器之心

机器之心报道

编辑：杜伟、小舟

团队负责人刘鑫表示：「可以肯定地回答，谷歌提出的随机量子电路采样任务所谓的『量子霸权』并不成立，我们的工作表明了这一点：经典超级计算机也可以做到。」

戈登·贝尔奖被称为超算界的「诺贝尔奖」，2021年度戈登·贝尔奖颁给了我国新一代神威超级计算机的应用「超大规模量子随机电路实时模拟（SWQSIM）」。

该团队在新一代神威超级计算机上进行RQC（随机量子电路）高性能实时模拟，可扩展到4,200万个核心，FP32单精度性能可达120亿亿次，混合精度性能可达440亿亿次。并且，传统超级计算机（IBMSummit）需要1万年才能完成的运算，他们仅用304秒即可完成。

团队获奖论文。图源：hpcwire

获奖团队共包含14位研究者，他们分别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。

神威系列智能计算机常务副总设计师刘鑫此前在2021全国高性能计算学术年会（HPCChina2021）上作报告。

值得一提的是，国家超级计算无锡中心副主任付昊桓已经是第三次摘得戈登·贝尔奖，他曾于2016年和2017年蝉联这一超算领域最高奖项。

今年我国共有3项超算应用入围戈登·贝尔奖，除获奖团队外，另外两项应用分别是「千万核可扩展第一性原理位曼光谱模拟」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3项应用都曾在此前举行的2021全国高性能计算学术年会（HPCChina2021）上作报告。

获奖研究

获得2021戈登·贝尔奖的论文为《Closingthe“QuantumSupremacy”Gap:AchievingReal-TimeSimulationofaRandomQuantumCircuitUsingaNewSunwaySupercomputer》。

论文地址：https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3458817.3487399

SWQSIM项目地址：https://github.com/Daisyforest/SWQsim

量子霸权（或称量子计算优越性）一个术语，用于表示量子计算设备可以在合理的时间内解决一些经典计算机无法解决的问题，以及在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力。目前，谷歌和中国科技大学的团队等都声称已经开发出实现量子优越性的设备。

在这篇获得戈登·贝尔奖的论文中，研究者提出了一个涵盖了模拟所需的算法、并行化和架构的系统化设计流程。使用新一代神威（Sunway）超级计算机，该团队高效地模拟了深度为10x10(1+40+1)的随机量子电路，是RQC经典模拟的新里程碑。他们使用4,190万核处理器，实现1.2Eflops单精度或4.4Eflops混合精度性能，1Eflops即每秒一百亿亿（10^18）次运算。

性能指标。

该团队基于新一代神威超级计算机的应用「超大规模量子随机电路实时模拟」（SWQSIM）远远超越了模拟RQC的SOTA方法。新一代神威超级计算机的计算能力由自主研发的多核SW26010PCPU提供，该CPU包括6个核心组（CG），每个核心组又包括一个管理处理单元（MPE）和一个8×8计算处理单元（CPE），具体如下图3所示：

2019年，谷歌宣布自己53量子比特的「悬铃木（Sycamore）」量子计算机200秒完成百万0.2%保真度采样任务，IBM的顶点（Summit）则需要一万年才能完成。与之相比，SWQSIM在304秒内即完成了百万更高保真度的关联样本，打破了谷歌所宣称的量子优越性。下表为该研究在浮点性能与量子电路采样速度上与其他工作的比较结果：

下图6为模拟10×10(1+40+1)RQC和谷歌Sycamor的计算复杂度及相应的采样时间比较，过程中使用不同的方法来降低复杂性

团队负责人刘鑫介绍，该软件还可以在60小时内完成比Sycamore更加复杂的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。

最后，研究者给出了主要经典RQC模拟器与谷歌Sycamore量子计算机在比特数量与所需内存空间的比较：

戈登·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，每年颁发一次。该奖项主要颁发给高性能应用领域的最杰出成就。

戈登·贝尔奖通常会由当年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。奖项设立后近30年，都由美国和日本的软件获得此奖，直到2016年，中国研究团队打破了这一垄断。

2016年，戈登·贝尔奖授予了基于国家超级计算无锡中心的全球最快超算系统「神威·太湖之光」运行的应用「千万核可扩展全球大气动力学全隐式模拟」，由中国科学院软件研究所、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，以及国家超级计算无锡中心的联合团队共同完成。

2016年戈登·贝尔奖领奖现场。

2017年，中国超算项目再获戈登·贝尔奖，由清华大学地球系统科学系副教授付昊桓等共同领导的团队所完成的「非线性地震模拟」摘得。这一成果是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单位共同完成的。

2017年戈登·贝尔奖领奖现场。

2020年戈登·贝尔奖获奖团队的8人中有7张是中国面孔。

2020年戈登·贝尔奖获奖团队，图源：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/11/448930.shtm

参考链接：

https://awards.acm.org/bell

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/11/469301.shtm

详解NVIDIATAO系列分享第2期：

基于Python的口罩检测模块代码解析——快速搭建基于TensorRT和NVIDIATAOToolkit的深度学习训练环境

第2期线上分享将介绍如何利用NVIDIATAOToolkit，在Python的环境下快速训练并部署一个人脸口罩监测模型，同时会详细介绍如何利用该工具对模型进行剪枝、评估并优化。

TAOToolkit内包含了150个预训练模型，用户不用从头开始训练，极大地减轻了准备样本的工作量，让开发者专注于模型的精度提升。本次分享摘要如下：

NVIDIATAOToolkit的独到特性

TensorRT8.0的最新特性

利用TAOToolkit快速训练人脸口罩检测模型

利用TensorRT快速部署人脸口罩检测模型

点击阅读原文，报名直播吧。

©THEEND

转载请联系本公众号获得授权

投稿或寻求报道：content@jiqizhixin.com