聽說，ASC20-21世界大學生超算競賽將脈衝星搜索作為賽題，這不禁讓喜愛天文的我激動不已。
「脈衝星搜索」，這個名詞對於許多人來說都比較陌生，但是在天文愛好者眼中它總是與射電望遠鏡聯繫在一起。而且就在2個月前，我去了一趟貴州平塘縣，其目的就是看看世界唯一的射電天文望遠鏡——「天眼」FAST。
當時它還不是世界唯一的，那時候地球還有另外一隻眼睛——阿雷西博射電望遠鏡。但就在我去平塘一周後的12月1日，美國國家科學基金會正式確認阿雷西博射電望遠鏡在一夜之間坍塌。
至此，中國天眼就成為了世界唯一，也自然成為了全世界觀測宇宙的窗口——據中科院國家天文臺FAST運行和發展中心常務副主任、總工程師姜鵬介紹：自今年4月1日起，各國科學家可以通過在線方式向中科院國家天文臺提交觀測申請，並於8月1日起分配觀測時間。預計在「中國天眼」面向全球科學家開放的第一年，分配給國外科學家的觀測時間約佔「天眼」總觀測時間的10%。
「天眼」能夠幹什麼？其實從2020年1月11日通過國家驗收正式投入使用開始，「天眼」就在天文觀測，特別是在脈衝搜索中發揮著關鍵作用。截至2020年11月，「天眼」已經幫助科學家發現240多顆脈衝星，引發天文學界乃至整個科研界的高度關注。未來，「天眼」還將承擔漂移掃描巡天、銀河系偏振巡天、脈衝星測時、中性氫星系巡天、快速射電暴觀測等多個優先和重大項目，並有望捕捉到宇宙大爆炸時期的原初引力波。
這裡我們需要提到一個概念——脈衝星。脈衝星是近現代天文學、物理學領域的前沿研究課題。諾貝爾物理學獎曾兩度授予脈衝星相關發現，而近兩年關於引力波發現、黑洞證實等榮獲諾貝爾物理學獎的重大突破，也與脈衝星研究有著直接或間接的關係。脈衝星之所以具備如此高的研究價值，是因為它的極端物理性質是天然的極端物態實驗室，科學家通過對脈衝星信號的觀測，可以檢驗引力理論研究緻密星的物理。
同時，由於脈衝星周期穩定，尤其是毫秒脈衝星可媲美「原子鐘」，研究它們可以解決許多重大物理問題，例如引力波探測、太空飛行器導航等等。比如，科學家們通過高精度的脈衝星計時研究，利用脈衝星建立宇宙級的「GPS」，準確推算太空飛行器在宇宙航行的坐標，這就是所謂的「脈衝星導航」。
當然，脈衝星研究絕非輕而易舉，因為脈衝星遙遠而緻密，我們無法像夜晚看星星那樣看到脈衝星，需要藉助天文望遠鏡，這也就體現出了「天眼」FAST的重大價值。而在觀測過程中，FAST每秒會產生3GB數據，月數據量達到PB級，這也就需要性能強大的超級計算機對觀測數據進行及時的處理和分析，以及世界最頂尖的軟硬體平臺同步支持。
這就不能不提到一款名為PRESTO的脈衝星搜索開源軟體。PRESTO是當前天文科學家們使用的核心軟體之一，它的主要設計目的是從對球狀星團的長距離觀測中，有效地搜索毫秒脈衝星。據統計，在過去的幾十年裡，利用望遠鏡發現的3000多顆脈衝星中，有700多顆是由PRESTO發現的。
雖然PRESTO軟體已經取得了如此醒目的成績，但任何一款軟體都需要不斷的迭代與更新，才能發揮更大的價值，PRESTO也不例外。我們知道，最近幾年高性能計算發展非常迅猛，特別是異構計算的出現讓算力邁上了新的臺階，也對軟體的支持能力提出了更高的要求。
要想更大限度的發揮PRESTO軟體的能力，就需要針對更高性能和大量新技術的硬體平臺進行持續調優，同樣還需要對於現有分析模型和搜索算法進行優化，以儘可能的減少計算時間、降低資源消耗。
那麼，PRESTO軟體的優化是否需要專業人士來完成呢？答案是否定的。作為一款開源軟體，任何具備軟體能力的人都可以對其進行優化，而這其中天文專業能力的高低甚至並不是最重要的——超算應用越來越需要複合型的人才，既要懂天文學的專業知識，更要理解電腦程式的應用原理，這樣才能明確科研需求的種種計算難點，從而使應用程式貼合科研目標。
知易行難。複合型人才培養是多年來超算領域的老生常談，但人才要真正的培養出來非常困難——現行大學學科體系中，專業科系的限制度很高，許多有天賦的學生都是憑藉著興趣和熱情進行自主研究，缺乏專業的指導和軟硬體支持。那麼，能否將這些學生組織起來，通過階段性的「集訓」培養，引入比賽機制使其在短時間內獲得能力的大幅度提升呢？
這也正是ASC大學生超算競賽發起的初衷。作為全球規模最大的大學生超算賽事，ASC自創立之日起就一直以前沿賽題作為比賽項目，激發參賽大學生對於頂尖科技的興趣與熱情，同時也能夠加速高性能計算人才的培養。從ASC15賽題中的SKA射電望遠鏡到ASC18中諾貝爾獎的冷凍電鏡技術，從ASC17的PaddlePaddle智能交通預測到ASC19的SR圖像超解析度優化……這些賽題無論是從選題還是目標都緊跟時代發展，凸顯高性能計算的科研價值與應用價值。這也證明，ASC大賽一直站在科技發展的最前沿，並致力於將參賽選手視野提升到業界頂尖水平。
受新冠疫情影響，ASC20將與ASC21超算競賽合併舉行，並有了全新的名稱——ASC20-21大賽。本屆大賽將由亞洲超算協會、南方科技大學、浪潮集團聯合舉辦，繼續採用「預賽+決賽」的賽制。而在賽題的選取上，就包括了脈衝星搜索、量子計算線路模擬、人工智慧 NLP 英語考試等前沿科學問題。
這充分體現了組委會在賽題設置上的「用心良苦」。正如前文提到的，脈衝星搜索是當下熱門的科研問題，而大賽也與「天眼」FAST展開合作，參賽選手們需要藉助真實觀測數據，利用開源軟體套件PRESTO搜尋脈衝星的信號數據，並儘可能縮短分析時間。此舉一方面讓尚在本科階段的隊員們接觸到最前沿的脈衝星研究的科研數據與軟體算法；另一方面，也要求他們必須深入學習和了解脈衝星搜索相關知識，對於拓展天文學理論知識，激發參賽者的聰明才智、研究興趣和創新精神都是大有裨益的，充分體現了ASC大賽「發揮超算的科技驅動力」的本質目標。
一直以來，ASC大賽都是超算人才，特別是中國超算人才選拔的搖籃，而如今超算領域的競爭也從過去幾年搞大型超級計算機的硬體「軍備競賽」拓展到了超算領域人才儲備的「軟實力」競賽。可以說，超算應用的開發、實施、推廣和普及，需要千千萬萬的高素質人才，人才是促進超算應用進步的第一要素。因此，ASC大賽用頂級的超算問題考驗隊伍，正是希望在本科學習階段，就幫助參賽隊員樹立對超算應用的學習目標，到碩士、博士階段自然可以水到渠成的進一步深造。
從2012年的第一屆比賽到今天，ASC大賽已經走過將近10個春秋，也為中國超算領域選拔出一批又一批的人才。作為ASC大賽歷屆的親歷者，我也見過許多人從多年前的參賽隊員變成如今的帶隊教練，從當年親身下場比賽到如今教書育人培養優秀後繼者，讓越來越多的青年才俊加入超算應用行業中，也推動中國超算進一步的發展。
新中國的科學技術發展突飛猛進，只用了幾十年的時間就在某些領域走在了世界前列。從世界頂尖的神威·太湖之光超級計算機到全球唯一的「天眼」FAST射電望遠鏡，我們已經有了領先的硬體平臺和工具。
正如「決定戰爭勝負的是人不是物」一樣，中國超算要想在世界的競爭中立於不敗之地，更需要的是科學思維和科學人才的培養，才能通過一代甚至幾代人的不懈努力，將領先優勢保持下去並加以擴大，最終讓中國超算從硬體到軟體，從應用到架構都能夠領先於世界。從這個角度來說，ASC大賽所承載的不僅僅是簡單的人才選拔，更是中國超算的未來。
據悉，1月18日ASC20-21大賽將發布預賽階段的20強隊伍，隨後這些隊伍將現場參加2021年5月8日-12日在位於中國深圳的南方科技大學舉行的總決賽比賽，通過現場設計和搭建超算集群、優化指定應用、參加英文答辯等等環節，最終角逐出冠亞軍、最高計算性能獎、e Prize計算挑戰獎等諸項大獎。
讓我們拭目以待吧！