ASC25总决赛赛题前瞻：挑战宇宙“幽灵粒子”探测模拟计算的极致效率优化

5月10日-14日，2025 ASC世界大学生超级计算机竞赛总决赛即将在青海大学举行。从全球300多支参赛队伍中晋级的25支队伍将挑战优化宇宙中微子探测模拟过程——通过粒子运输软件Geant4模拟高能水下中微子望远镜(HUNT)探测宇宙线中微子的复杂过程，提升模拟过程的并行计算效率，助力破解高能宇宙射线的起源之谜。

中微子，是承载宇宙古老秘密的神秘粒子，因其几乎不与物质发生碰撞，可轻松穿透地球及探测器而不留痕迹，被形象地称为“幽灵粒子”。这一特性使得中微子探测极具挑战性，对中微子望远镜的灵敏度提出了极高要求。正因如此，建设高灵敏度的中微子望远镜装置，在探索宇宙奥秘方面具有极为重要的科学意义。

在高能中微子望远镜建设中，使用主流粒子运输软件Geant4进行中微子运输仿真模拟，以评估和优化望远镜的探测性能。Geant4是应用广泛的蒙特卡洛应用软件包，其可以精准模拟中微子(次级粒子)在探测器材料中的输运过程，解决高能水下中微子望远镜建设面临的诸多设计参数不确定性的难题。

然而，利用Geant4模拟高能中微子输运是典型的计算复杂型任务——需跟踪处理数十亿个粒子的运动轨迹，计算时间可能长达数月甚至数年。优化中微子探测模拟性能，解决计算模拟的瓶颈问题，有望将复杂的中微子输运任务从几个月缩减到几分钟完成。

为引导大学生破解宇宙前沿探索所面临的算力挑战，ASC 25将“宇宙中微子探测模拟”设在赛题，旨在鼓励大学生挑战加速高能水下中微子望远镜探测宇宙线中微子的模拟过程。25支参赛队伍将根据组委会提供的算例，使用Geant4来模拟并优化高能中微子产生的数十亿次级粒子的运输过程，该过程计算任务复杂且计算量巨大，极具挑战性。

赛题要求参赛团队创新性地设计和搭建超算集群，并在4000W功耗限制下提出有效的并行计算优化方案，在确保所有提交结果通过正确性验证的同时，尽量减少Geant4模拟运行时间。要在本道赛题中脱颖而出，参赛团队需要深入分析Geant4模拟应用的并行计算模式，解决计算瓶颈和负载均衡等方面的问题，探索提升并行效率的优化方法。

本赛题期望参赛队在不修改模拟任务参数下，提出优化的并行计算加速方案，充分发挥软硬协同优化能力，在复杂的物理模型并行计算任务中实现运行性能的极致突破，为宇宙中微子模拟提供全新的工程计算优化思路。