分享

逐梦“天河”,让中国超算领跑全球

作者:文/王梓蓉
巾帼风采 2022-06-02 15:50:13

5月30日是全国科技工作者日,让我们来认识一位优秀的女性科技工作者吧!她长期致力于超算技术攻关,是五代银河、两代天河超算系统研制骨干,担任副总设计师的“天河二号”夺得世界超算500强六连冠,她以创新突破和奋勇拼搏亲历了中国超算从跟跑到领跑的跨越式发展,是当之无愧的“超算女神”。

白大褂的领口和扣缝中,露出碎花连衣裙,一头乌黑垂顺的长发过肩,柳叶眉、大眼睛,卢宇彤是一位美丽优雅的科学家。但她从不愿意别人过度关注外在的美,而在意对她所做工作意义的理解。

身为中国超级计算机(简称超算)崛起的见证者和参与者,她持续攻关国产超算技术,担任副总设计师的天河二号6次夺得世界超算500强冠军;她坚持应用为王,使广州超算成为全球用户最多、应用最广的超算中心之一;她还是国际超级计算大会(ISC)主席,是担任此职务的首位中国学者、世界首位女性科学家。

协同“大脑”,中国超算飞速领跑

卢宇彤 中山大学数据科学与计算机学院教授、博士生导师,国家超级计算广州中心主任,获评全国三八红旗手标兵

由中国自主研发的超算天河二号看上去是一排排高大整齐的黑色机柜,里面装有32000颗主CPU和48000个协处理器,共300多万个计算核心。而卢宇彤和团队的任务是研发这个庞然大物的“大脑”,开发出一套极其精密复杂的软件管理系统,让如此之多的硬件在并行运转、协同工作时发挥出最大能效,从而成为计算速度最快的超级计算机。
卢宇彤笑盈盈地描述自己“其实就是一个程序员”。她大部分时间是对着电脑敲击代码,日复一日为天河二号编写出一套有着层层叠叠并行网络的协同软件。让300多万个计算机核同时工作,并最大限度地保证它们个个并行不悖、又快且准地计算,其中难度之大,令人难以想象。但在卢宇彤的口中,很少能听到“难”字,她更愿意把如此高难度的软件设计描述成“巧妙”。“这个巧妙之处,在于要学会折中,要在各个功能运转的性能和能耗中找到一个平衡。所以我把代码统计过程叫作‘锱铢必较’,要尽力优化达到最佳临界值,既不能浪费也不能节省。”

科学容不得半点马虎和懈怠,稍有错漏便会前功尽弃,那段时间,卢宇彤经常熬夜,三天三夜不合眼地连轴转,明明睡意渐浓,却得打起精神保持住十二分的清醒,异于常人的努力和毅力令许多男同事都难以企及。“大家说我是典型的处女座,对自己太狠,认定的事情,一定尽全力去拼到完美。”

而这正是卢宇彤在长达一年的军训中练就的。保送国防科技大学读研的卢宇彤,在研一时穿起了军装坐着“大解放”来到了祖国的大西北。站军姿的她套在一层毛裤又一层棉裤中瑟瑟发抖;负重五公里越野跑的她在同伴的生拉硬拽中坚持完成任务;远距离射击的她匍匐在冻得僵硬的土地上努力瞄准……这个从未离开过南方城市的柔弱姑娘,觉得人生从此不再有战胜不了的困难。

经过近三年的刻苦攻关,卢宇彤带领团队突破了系列关键技术,天河二号一经问世,超算的速度就领先了全球第二名两倍之多,连续六度称雄蝉联世界超算榜首,这标志着我国的超算事业从追赶到超越,跻身了世界一流,卢宇彤很庆幸能够参与和见证中国超算事业飞速发展的风雨历程。

赋能生活,让超算“接地气”
在天河二号初次斩获大奖时,社会上除了鲜花和掌声,也难免有些质疑,声称“天河”系列超级计算机耗电量大、闲置率高,甚至出现了要求相关技术研发“慢下来”的呼声。那段时间,卢宇彤和她的团队面对巨大压力。

卢宇彤回忆道,“可能是因为在‘天河’之前,中国超算几乎没有什么宣传,也没有参与国际排名,大家觉得比较神秘。公众对超算并不了解,容易产生各种猜疑。”一天中午,卢宇彤边吃饭边思索该怎么办,最后她决定主动站出来发声,以自问自答的方式直接回应质疑。她一气呵成写下了《以“天河二号”为代表的中国超级计算机之吾问吾答(五问五答)》。随后,这篇语言严谨又不失幽默的超算科普文章,在网络上广为流传,质疑声渐渐消失。“我们可能太‘技术控’,如果我们学会交流、重视互动,让公众更多地了解超算,也许就会多些鼓励、少些拍砖吧。”

这件事情让卢宇彤对超算发展有了新的思考和认识,“超算技术本身是科技创新的成果,但同时它也是支持其他领域科技创新的核心。再高深的科研,只有真正应用了,才能发挥更大的价值。”
2016年,时任国防科技大学计算机学院软件所副所长的卢宇彤,举家从长沙迁移至广州,出任国家超级计算广州中心主任,她将重心由超算系统研制转到超算应用,坚持“应用”与“研发”并举。

超算应用涉及领域极广,需要不断学习交叉学科的新知识,还需要花大量时间做穿针引线的沟通工作。卢宇彤笑着说,“我永远对一切事物充满好奇,刚开始压力确实挺大,但学习使人快乐。”
卢宇彤带领团队自主研发了一站式融合超算应用平台,让天河二号在各个行业不断拓展应用边界,让庞然大物接上了“地气”。“比如汽车安全碰撞分析,以往的研究方式可能需要几百台真车进行实验,现在通过建立数字模型,借助超级计算机,就可以通过数字样车实现数据收集,再通过真车碰撞实验进行核实,最后用几台车就可以完成,而且实验时间从几个月缩短到几天。”

而当疫情来临,她又带领团队开发了新型冠状病毒肺炎CT影像智能诊断平台,平均15秒就可完成一个病人的CT图像智能诊断。还紧急启动了相关疫情追踪软件的研发工作,实现了每5-10分钟完成一次用户的轨迹数据采集,协助政府进行精准防控。

如今,广州超算成为全球用户最多、应用最广的超算中心之一,位列“世界最具应用影响力超算中心”前五,也是唯一不需政府运营补贴的国家级超算中心。卢宇彤说:“中国的超算应用需求旺盛,一方面带动中国超算系统的演进,另一方面将推动中国各行业领域的创新发展。”

超算史上,第一个女性发声者

在德国法兰克福召开的国际超级计算大会(ISC)2017 开幕式上,卢宇彤当选大会会士(ISC Fellow),成为中国首位获此殊荣的学者,更是全球唯一获此殊荣的女性。2019年,卢宇彤出任国际超算大会(ISC)主席,大会成立40多年迎来首位女性主席。
卢宇彤与学生们一起研讨
卢宇彤常对学生说,“要想赢世界,要先看世界。”要知道研究领域的世界前沿,了解它遵循的规则。“我可能是最早一批互联网用户”,上世纪90年代初,卢宇彤在UNIX系统界面的台式机上靠敲击字符联上网络,查阅国外计算机领域的前沿信息,也会请在国外深造的同事带回英文文献学习。“我觉得只要你有心,无论在哪里、出不出国,都可以想办法了解世界,拓展国际视野。”
国际化的视野让卢宇彤在担任大会会士和主席期间,很快融入世界超算的大家庭。她用“懂原则、守规则”树立大国形象,不遗余力地创造交流机会,把中国学者推向世界。“以前超算领域的国际合作很少,当年美国和日本不愿意和我们交流。现在不可同日而语了,有实力就有话语权,中国超算经过几十年积累,终于可以在国际学术圈发出自己的声音。”在她的带动下,整个亚洲区域的国家也跟着活跃起来。
“天河二号”蝉联冠军后,美国毫无征兆地发起制裁,禁运前往中国的英特尔处理器,这意味着我国各个超算中心都要换成自主研发的处理器,相当于对天河二号做一个“心脏移植”大手术,术后能否一如既往地“快”都是未知。一时间,世界各国都在冷眼旁观。
制裁发生后,卢宇彤怀着复杂的心情在“劲敌”瞩目下作大会发言。她回想起前辈们、自己和团队一路走来,奋勇拼搏、自主创新,中国超算从无到有、从弱到强的奋斗历程,感慨万千。站在聚光灯下的她,底气十足,淡定而坚定地说:“……无论发生什么,明天永远值得期待!”会场响起雷鸣般的掌声。

从小播下科研种子,受益一生

卢宇彤荣获“最美巾帼奋斗者”
在卢宇彤心中,母亲是位优秀女性。在那个年代母亲就读了研究生,对自己要求之高可见一斑。母亲是大学老师,辛勤拉扯着四个孩子。可母亲把家里打理得井井有条,生活少有“一地鸡毛”,“超算的关键‘协同管理’思维和技能,可能就是从母亲那里偷师学来。”卢宇彤打趣说。
说起父亲,她的脑海中永远是那个在台灯下读书的背影。同为大学老师的父亲,从不因她是女孩而在教育上设限,大部分孩子在攻关学校课程时,她被《十万个为什么》和《小灵通漫游未来》等课外书深深吸引,父亲不加阻拦,总是在一旁笑盈盈地看着。
当年才10岁的卢宇彤想去寄宿制的湖南师大附中读书,母亲说什么都不同意,可她不“听话”,逼得母亲只好给出差的父亲打电话,“我爸就说‘你让她去’!”回忆起这件事,卢宇彤至今都充满感激。
用卢宇彤的话说,在湖南师大附中的六年改变了她的人生。在高考压力下,学校依旧设立图书馆及阅读课,卢宇彤继续沉浸在书的海洋里,学校自由的学风更让她在英语角、球场、文艺活动、学农、学工等各个方面,满足了好奇心。
高中时期,卢宇彤参观了“银河一号”,她立马被这个体积庞大、插满电线的超级计算机所吸引,从此,与超算结下了一世之缘。
“计算机是当时最潮的专业,我报大学志愿时毫不犹豫地就选了。”数学拔尖的卢宇彤以优异成绩考入国防科技大学计算机系,出色的科研能力使她大四毕业设计前,就进入了教师课题组,为银河二号编译器的开发做验证。
研究生毕业以后,卢宇彤投身银河事业,连续完成两个重要型号的国产超算系统。这时,英语流利的卢宇彤有了去世界顶尖学府深造的机会,经过一关关考试、选拔,她拿到了国家留学基金委的出国留学名额和奖学金。一个学院一年只有一个指标,机会十分难得。
就在此时,国家打造“新型深度并行银河系统”的号角吹响,面对软件系统要更新换代的巨大挑战,已经是团队骨干的卢宇彤在“小我”和“大局”之间,毅然放弃了出国深造的机会,继续留在“银河”战队。此后,从硕士到博士,从“银河”到“天河”,卢宇彤随同“超算”国家队一起成长、一起飞跃。
“父母对我的信任,给予我自信和自由,让我找到了真正喜爱的学科和事业,受益终生。”如今在对待儿子的教育上,她传承“要相信孩子”的理念,“热爱和坚持,才是赢在人生的入场券。”
谈及未来,卢宇彤踌躇满志,“在未来相当长时间内,超算仍将是唯一的高端计算平台,是世界各国激烈竞争的重点领域,国产超算应用发展任重而道远,机遇与挑战并存。我们要牢记习近平总书记加快建设科技强国,实现高水平科技自立自强的嘱托,不断创新超越,让中国超算更快、更强、更好。”