SCC2027 超算竞赛选拔 · 四题成果公示

2027 年国际大学生超算竞赛（SCC）校内选拔作业的完整实测成果与创新点公示。所有数据均来自本机真实运行（非理论推算），原始输出文件全部收录。

完成日期：2026-10-24

测试平台

项目	配置
CPU	Intel Core i9-14900HX（8P+16E，24 核 32 线程）
内存	32 GB DDR5
GPU	NVIDIA RTX 4070 Laptop 8 GB（sm_89）
系统	Windows 11 + WSL2 Ubuntu 24.04
工具链	GCC 13.3 / Open MPI 4.1.6 / CUDA 12.0 / CMake

四题成果速览

1️⃣ HPCG —— 正式 610 秒 VALID，3.2605 GFLOP/s

最优配置：1×16 线程 + -march=native + 240³ 网格（探索 13 种配置后选出）
🔍 发现：带宽受限负载下 **16 线程反超 32 线程 +6%**（超线程争抢内存通道 + E 核长尾效应）
🔍 发现：WSL2 虚拟拓扑下任何线程绑定都劣于不绑定（close 绑定最差 -87%）
官方结果文件：results/HPCG/｜报告：docs/HPCG-report.pdf

2️⃣ HemePure —— UnevenArms 血流仿真 7 组对照实验

np	1	2	4
MLUPS	14.31	14.63	36.32

🔍 发现：np=2 完全无加速的根因——rank 0 是专职几何读取进程，np=2 时仅剩 1 个计算进程；np=4 才有 3 个计算进程（2.54× 加速）
🔍 发现：monitoring 模块每步开销约 7%，但开启稳态收敛检测后提前 1311 步终止（8689/10000），净收益为正
🔍 发现：SSE3 ≈ AVX2（D3Q19 LBM 带宽墙，128-bit 向量已饱和访存），关 SIMD 慢 22%
原始 report.txt ×7：results/HemePure/｜报告：docs/HemePure-report.pdf

3️⃣ OpenFOAM —— motorBike 全程 MPI 剖析

源码编译 v2412，motorBike 6 进程 500 迭代（116.6 s），mpiP 全程拦截统计：

排名	按总耗时	按调用次数
1	MPI_Waitall（80.0 s，88.9%）	MPI_Waitall（933,075 次）
2	MPI_Allreduce（9.5 s）	MPI_Allreduce（312,112 次）
3	MPI_Bcast（0.2 s）	MPI_Isend（168,952 次）

结论：分区边界 halo 交换等待主导（CFD 典型模式），归约来自每步残差计算
mpiP 原始报告：results/OpenFOAM/｜报告：docs/OpenFOAM-report.pdf

4️⃣ YALM —— 修复上游 WSL2 兼容缺陷，GPU 推理 18.6× 加速

⭐ 核心贡献：定位并修复 yalm 在 WSL2 下 CUDA 非法访问的缺陷

根因：yalm 依赖 UVA 让 kernel 直接写 cudaHostRegister 的主机指针（原生 Linux 合法），WSL2 GPU 半虚拟化（dxgkrnl）不支持该隐式映射 → cudaErrorIllegalAddress。以最小复现程序证实（cudaHostRegisterDefault/Mapped 两种方式均失败）
修复（201 行 patch，改 4 个文件）：logits 改驻显存 + 采样时 D2H 回拷；matmul_cuda/ffn_cuda/mha_cuda 三个辅助函数改”上传-计算-拷回”模式；新增 YALM_NO_CUDA_GRAPH 旁路开关
验证：仓库全部 CUDA 单元测试通过；Llama-3.2-1B fp16 生成语义连贯文本

配置	吞吐 (tok/s)	带宽 (GB/s)
CPU（24 线程）	4.79	14.4
GPU + CUDA Graph	84.47	253.4
GPU 旁路 Graph（本项目）	89.24	267.7

🔍 发现：小模型上 CUDA Graph 反而慢 5%（每步 400+ graph 节点参数更新开销 > kernel 启动节省）
Patch：yalm-wsl2/wsl2-fix.patch｜完整源码：yalm-wsl2/｜报告：docs/Yalm-report.pdf

目录结构

├── docs/            # 四份技术报告（PDF，含全部实验数据与分析）
├── results/         # 原始实验数据（HPCG 官方结果 / report.txt ×7 / mpiP 报告）
├── screenshots/     # 关键结果截图
├── scripts/         # 可复现实验脚本（HPCG 矩阵 / HemePure 矩阵 / motorBike 管线）
└── yalm-wsl2/       # WSL2 缺陷修复：patch + 修复后完整源码 zip

复现说明

环境：WSL2 Ubuntu 24.04 + GCC 13 + Open MPI 4.1.6（GPU 部分需 CUDA + sm_89）。

# HPCG：编译 → 13 配置探索 → 最优配置 610s 正式运行
bash scripts/hpcg_final.sh

# HemePure：三版本编译后跑 7 组实验矩阵
bash scripts/hemepure_experiments.sh

# OpenFOAM：blockMesh → decomposePar → snappy → simpleFoam + mpiP 剖析
bash scripts/motorBike-rerun3.sh && bash scripts/motorBike-final.sh

# YALM：应用 patch 后基准（GPU / CPU / Graph 开关）
cd yalm-wsl2 && unzip yalm-source.zip
make CUARCH=sm_89 && ./yalm/build/main model.yalm -i "..." -m c -n 128

License

本仓库自撰报告与实验数据：CC BY 4.0
yalm 修复源码遵循上游 yalm 原许可证