清大HiPAC競賽抱回兩大獎 培育HPC人才最佳搖籃

清華大學NTHU-2隊於HiPAC第一屆國網盃應用程式效能優化競賽，榮獲冠軍佳績。國網中心

隨著AI、大數據等創新科技湧現，成為眾多產業推動數位轉型、發展創新服務的重要核心後，HPC重要性與日俱增。研究專長涵蓋雲計算、高性能計算、分佈式系統領域的清華大學資訊工程系教授周志遠，很早就觀察到HPC應用範圍日益廣泛，所以一直以來很重視HPC人才培育，在寒假期間特別開設HPC叢集競賽訓練營，並鼓勵各領域的學生參與，目前在各大HPC競賽中獲得優異成績。

如在國研院國家高速網路與計算中心舉辦的「HiPAC第一屆國網盃應用程式效能優化競賽」中，周志遠指導的清華大學NTHU-2、NTHU-1團隊，分別獲得第一名、第三名的佳績。

清華大學資訊工程系教授周志遠說，發展多年的HPC技術，在全球數位資料量大增下，已成為各產業分析大量資料時不可或缺的重要技術。然要打造HPC架構並不容易，非一般企業能完成，在學校已經有HPC環境，自然應該做好培育HPC人才。寒假HPC研習營主要是招收大一、大二學生，透過一連串的培訓課程後，我們會協助有興趣的團隊參與國內外比賽，鼓勵學生持續投入HPC領域。對同學而言，HiPAC競賽是非常好的練兵機會，除驗證寒假研習營所學之外，有助於培育更多HPC的人才。

清華大學NTHU-2 隊吳昱潔說， 初期多數同學都對HPC技術一竅不通，當時都是在周老師鼓勵下參與HPC叢集競賽訓練營，才正式接受完整課程訓練，進而了解該技術的應用奧秘。而訓練營的上課過程中，老師透過多種方式鼓勵與激勵，讓同學對HPC領域保持熱誠，加上學長姐的全方位協助，最終得以順利開始參與海內外的各項比賽。

「在參與HPC叢集競賽訓練營過程中，很明顯感受到老師對HPC的熱情，相關課程規劃也非常完善，讓我們體認到HPC技術的重要性。」清華大學NTHU-2隊陳凱揚解釋：「正因如此，我們才能夠從實作中學習，進而參與各種HPC競賽，對於掌握HPC特性帶來非常大幫助。」

累積比賽經驗 鎖定新加坡國際賽

榮獲HiPAC第一屆國網盃應用程式效能優化競賽第一名的清華大學NTHU-2，是使用於分子動力學模擬的GROMACS，這套軟體是利用基本力學的方程式來模擬粒子演化，如分析蛋白質、脂質等生物分子等。GROMACS最大特色在於可使用MPI來進行跨節點的平行運算，加上支援GPU晶片加速，且部分模擬還可在 GPU晶片上運行，能避免CPU、PCIe之間的傳輸瓶頸，徹底發揮HPC架構的特性。

清華大學NTHU-2隊牟懋軒表示，這項比賽是在台灣杉 3 號超級電腦執行，我們針對此架構特性，預先在GROMACS軟體中設定好相關參數，以及使用CMake時對應的參數，確保軟體能順利運作。其次，我們也著重於MPI ranks、threads數量等，在跨節點平行運算上的相關設定等工作。透過分析數量與每個步驟效能的關係後，最終找出能提高整體效能的方法，有助於進一步了解HPC架構的特性。

清華大學NTHU-2隊黃彥鈞表示，本次參與HiPAC競賽是很好的歷練，可知道在HPC叢集競賽訓練營時的不足之處，有助於日後參與國內外比賽時，能更快進入比賽狀況。目前我們正在準備參加新加坡HPC-AI，團隊有信心運用此次比賽的經驗與技術，進一步創造出更好的成績。

驗證訓練營成果 持續投入HPC領域

以Quantum ESPRESSO (QE)為參賽主題，獲得HiPAC第一屆國網盃應用程式效能優化競賽第三名的清華大學NTHU-1，同樣是由大一、大二的同學組成，儘管大多數同學都是主修資工，雖然在周志遠教授、學長等介紹下，都對 HPC 領域感到興趣，不過卻沒有任何 HPC技術的基礎知識。然在參與周志遠教授舉辦的HPC叢集訓練營、模擬 HPC 競賽，搭配國網中心提供的豐富計算資源，最終透過實作方式體驗到HPC技術的魅力。

清華大學NTHU-1隊李品萱說，在結束HPC叢集訓練營課程之後，累積不少關於系統效能調校最佳化的知識， 也激發同學對HPC領域的濃厚興趣。所以在得知國網中心舉辦的比賽後，一同組成競賽團隊，希望透過實際參賽提升程式調整/最佳化，及解決問題的能力。我們剛接觸HPC不久，HiPAC競賽是非常好的驗證場合，可了解還有哪些需要改進或加強的地方。

「在參與PC叢集訓練營課程、國網中心競賽後，才發現該技術與許多應用都息息相關，如AI、力學分析等。」清華大學NTHU-1隊彭馨屏解釋：「在本屆比賽結束，我們也會持續參與HPC領域課程與其他國外競賽，藉此累積相關領域的技術能力。」

清華大學NTHU-1翁君牧說，團隊選擇的Quantum ESPRESSO，是為電子結構計算和材料建模而設計的程式碼套件，支援 MPI 以及 OpenMP 等的平行運算技術。我們在學校的課程訓練中，也曾順利在國網中心的台灣杉1、2、3 號超級電腦上執行過，所以興起參與本次比賽的念頭，最終也獲得第三名好成績。

「由於我們也報名新加坡HPC-AI等國外競賽，所以本次競賽是非常重要的前哨戰，讓團隊累積非常寶貴的技術能量，有助於做好更多準備。」清華大學NTHU-1蕭皓隆解釋：「雖然兩個比賽的環境不一定相同，但已經足以讓我們深入掌握HPC架構與特性，讓我們有信心在新加坡HPC-AI競賽中創造更好的成績。」

清華大學NTHU-1涂幸宸說，過去在訓練營、HPC競賽模擬時，所有應用軟體都是老師、學長預先準備好。直到本次參與HiPAC第一屆國網盃應用程式效能優化競賽時，才是由團隊自行完成前置工作的準備，也體認到相關環境設定非常繁瑣，若沒有準備完善，就會影響到後續的優化進度，這是非常寶貴的經驗。

對台灣而言，培育HPC人才是非常重要的工作， 在清華大學NTHU-1隊、NTHU-2隊規劃中，都會參與新加坡HPC-AI競賽、 美國 Supercomputing Conference舉辦的SCC競賽，及歐洲的ISC High Performance 2023等，在周志遠教授持續指導、清華大學其他團隊協助下，可望創造出更好的成績，厚植台灣HPC領域的實力。