观察者网：在关键芯片领域，中国打破美国制裁又迈出一步

路人缘

今年1月，中国学者发布一项同行评议研究。该研究基于国产硬件平台研发“多节点-多GPU”大规模分布式异构并行计算水动力模型，用于流域尺度二维浅水方程高效并行求解。结果显示，在超级计算机模拟中，国产图形处理器（GPU）的性能超过英伟达芯片近10倍。

香港《南华早报》日前刊文称，这一成果表明，美国对华不断升级的技术制裁适得其反，不仅可能会产生“意想不到的后果”，还进一步挑战了美国制造芯片的主导地位。

这一结果同样引起国际媒体关注。法新社2月17日称，这项技术进步标志着中国朝着摆脱美国经济制裁的方向迈出了一步。秘鲁《共和国报》同日表示，这增强了中国在面对美国制裁时的技术独立性。

目前，这篇题为《基于国产CPU/GPU平台的水动力模型异构并行计算》的研究报告已经公开在学术平台知网。观察者网从中国水利行业学术期刊《水利学报》了解到，相关文章即将刊登于该期刊。

科学家经常依靠模拟来模拟真实世界的情况，例如使用水动力模型来设计防御洪水或城市内涝的方法。水动力模型具有物理意义明确、可靠性高等优点，但其计算量大、算力要求高。

“中国科学家面临的挑战更加艰巨。”《南华早报》称，在硬件方面，像A100和H100这样的先进GPU的生产由外国制造商主导。在软件方面，总部位于美国的英伟达限制其CUDA软件生态系统在第三方硬件上运行，从而阻碍了独立算法的发展。

文章作者、河海大学长江保护与绿色发展研究院教授南统超指出，基于以上原因，有必要基于国产CPU/GPU产业现状发展“多节点-多GPU”异构并行计算方案。

据介绍，并行计算成功的关键，在于高效的数据传输和多个节点之间的任务协调，从而最大限度地减少性能损失。2021年，橡树岭国家实验室的研究人员使用Summit超级计算机推出了一种名为TRITON的“多节点-多GPU”洪水预报模型。尽管部署了64个节点，但TRITON的处理速度仅提高了约6倍。

相比之下，南统超团队提出一种创新架构，将多个GPU合并到单个节点中，以抵消国内硬件的性能限制。通过在软件级别改进节点之间的数据交换，他的模型大大减少了通信开销。

文章提到，该模型建立在国产通用的x86计算平台上，CPU为国产海光7185处理器，32核64线程，主频2.5GHz，GPU也是国产的，支持128GB内存，网络带宽200Gb/s。新模型仅使用7个节点就实现了6倍的加速，比TRITON使用的数量少了约89%。

为了验证模型的有效性，南统超团队选择了山东省枣庄市庄里水库作为模拟对象，仅使用200个计算节点和800个GPU，在三分钟内就模拟了洪水演变过程，实现了超过160倍的加速，远远超过了TRITON模型。

南统超表示：“在短短几分钟内模拟河流流域范围内的洪水意味着，现在可以更快、更详细地实时模拟洪水演变和各种降雨径流情景。这可以加强防洪防灾工作，改善实时水库管理，最终减少生命和财产损失。”

他补充道，研究结果不仅可以应用于洪水建模，还可以应用于水文气象学、沉积和地表水－地下水相互作用等领域的复杂系统模拟。“未来的工作将扩大其应用范围并进一步测试其在工程实践中的稳定性。”

《南华早报》认为，这表明，创新的软件优化技术，可以令国产GPU在某些科学计算方面超越美国超级计算机。尽管存在“单靠软件调整无法无限期地弥补硬件差距”的质疑，但这一进展凸显了中国研究人员在关键技术领域缓解“卡脖子”风险的更广泛战略。

“中国科研人员向英伟达发起挑战，增强了中国在面对华盛顿制裁时的技术独立性。”秘鲁《共和国报》写道，“这一成果不仅增强中国的科研能力，也代表了灾害管理和水文气象建模方面的一项重大进步。”

法新社则感叹称，尽管美国加大了对中国的制裁力度，但中国科研人员还是获得了一定的进展。这项技术进步标志着，“中国朝着摆脱美国经济制裁的方向迈出了一步”。

chanphil

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