2020年1月，有「中國天眼」之稱的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)通過驗收。而今，FAST已正式運行超過365天。前不久，國家天文臺表示，FAST已發現脈衝星數量超過240顆。在「天眼」的幫助下，中國科研團隊迅速成為國際快速射電暴領域的核心研究力量。
很多人會認為，這件事似乎距離我們這樣的普通人很遠，但是今天，ASC20-21世界大學生超算競賽拉近了普通人與前沿科技的距離。因為，用「天眼」搜索脈衝星成為本屆大賽預賽賽題之一。
脈衝星搜索難在哪裡？
脈衝星是近現代天文學、物理學領域的前沿研究課題。研究它們可以解決許多重大科研問題，例如引力波探測、太空飛行器導航等等，科學家們通過高精度的脈衝星計時研究，就可以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。
脈衝星搜索是開啟脈衝星研究的第一步，而目前發現的3000餘顆脈衝星僅僅是全部脈衝星的一小部分。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，需要藉助最專業的天文望遠鏡才能一窺真容，FAST的一大科學目標就是搜尋脈衝星。
脈衝星搜索非常困難，背後有兩大原因。第一，在地球和周圍的環境中，存在大量的射頻幹擾，這些幹擾比脈衝星信號強得多，如何識別消除幹擾信號是脈衝星搜尋的一大難題。
第二，觀測數據量龐大，FAST觀測脈衝星每秒會產生3GB數據，月數據量達到了PB量級，這樣大量的數據既難於處理，又難以儲存。為了能夠及時分析FAST產生的龐大數據，科學家需要使用性能強大的超級計算機對觀測數據進行分析處理。此外，軟體的優化也尤為必要。
脈衝星搜索開源軟體PRESTO就是當前科學家們使用的核心工具軟體之一，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多顆是藉助PRESTO發現的。
ASC20-21的脈衝星搜索賽題要求各參賽隊伍在功耗約束在3000W以內的超算平臺上，通過PRESTO運行組委會統一提供的FAST觀測數據集，最終準確尋找到脈衝星候選體，並且要對PRESTO運行過程進行分析和優化，儘可能地降低計算時間和所需資源。
筆者看來，脈衝星搜索賽題是對各參賽隊伍從理論到應用實踐的全方位挑戰。這將有助於大學生拓展天文學理論知識，激勵他們發揮聰明才智和創新精神，去探索宇宙奧秘。
量子計算與AI，一個都不能少
脈衝星搜索還只是本屆大賽的賽題之一，除此之外，還有量子計算線路模擬和人工智慧NLP英語考試兩道賽題。
量子計算模擬賽題是ASC20延續下來的賽題，各參賽隊伍需要在超級計算機上使用QuEST軟體，模擬使用30個量子比特組成的量子隨機線路和量子快速傅立葉變換量子線路。這對計算和內存有一定的需求，要求參賽學生不僅具備紮實的超算基本功，還要深入了解量子計算的背景、原理和基礎知識，從而找到合適的優化方法，儘可能縮短程序的運行時間或降低對計算資源的依賴。
當然，今年ASC的人工智慧語言考試賽題也頗為有趣，所有參賽隊伍需要經歷一場特殊的英語考試——使用組委會統一提供的英語完形填空數據集，自行訓練能夠理解人類語言的人工智慧模型，並讓模型取得儘可能高的「考試分數」。
AI語言賽題使用的數據集涵蓋了中國多層次的英語語言考試，包括高考、大學英語四六級考試、考研英語等。其中，訓練集包含4603個段落和83395個問題，驗證集包含400個段落和7798個問題，測試集包含400個段落和7829個問題。
同時組委會規定各參賽隊伍的超算系統不得超出3000W功耗，因此實際能夠使用的計算資源非常有限，如何優化計算資源以最大化發揮超算賽力，也是各參賽隊伍需要考慮的重要問題。
筆者認為，AI的興起為超級計算開啟了嶄新的世界，如何實現超級計算技術與人工智慧技術的融合，將成為未來超算發展的重要方向。
ASC大賽在超算人才培養的路上砥礪前行
當前，越來越多科學研究和重大工程中的關鍵問題，已無法單純依靠理論和實驗研究方法加以解決，大規模、高性能的計算和模擬提供了新的研究途徑。
ASC競賽通過傳統科學計算與新興人工智慧計算的賽題設計，對超級計算應用普及和技術推廣具有重要價值，比賽培養了大學生在高性能計算方面的動手實踐能力和思考創新能力，激發了他們對超算的興趣和熱愛，有力推動了超算青年人才的培養和交流，探索了未來人工智慧時代「以賽帶學、以賽促練」的超算人才培養新模式。
「書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟」，如果你想在無邊無際的知識海洋裡暢遊，耐心、盡力、刻苦的學習態度將是一艘前行的船，能夠載你駛向成功的彼岸。筆者看來，ASC大賽就是這樣一艘船，除了需要勤奮和刻苦作為動力，還需要持之以恆。
從2012年開賽到今天，ASC大賽走過了9個春秋，也發展成為世界上規模最大的大學生超算競賽。ASC大賽不忘初心，通過平臺推動各國及地區間超算青年人才交流和培養，提升超算應用水平和研發能力，發揮超算的科技驅動力，促進科技與產業創新。
經過這麼多年的培養，如今越來越多的超算人才都有了用武之地，他們在科研單位、在高校、在商業公司中發揮了重要的作用。ASC大賽很好的起到了「以賽帶學、以賽促練」的作用，讓一批批對超算有興趣、有熱情、有理想的年輕人迅速成長起來，並通過不斷的培養和實戰讓他們在超算應用中發揮越來越大的價值。
ASC20-21超算競賽已結束預賽階段的比拼，入圍決賽的20強隊伍將於1月18日公布。總決賽將於5月8日-12日在位於中國深圳的南方科技大學舉行，屆時又會給我們帶來哪些精彩的故事呢？讓我們拭目以待！