世界不够用：HPC支持的学术实践中日益增长的浪费

研究背景与问题

• 问题与挑战: 本文探讨了高性能计算（HPC）对学术研究实践的环境影响。尽管HPC已显著推动科学研究，但其能耗和废弃物生成的环境代价巨大。当前缺乏对HPC增长和浪费的全面理解，这种浪费包括资源的低效利用、硬件冗余以及学术文化中对重复研究的需求。
• 重要性: 世界范围内，ICT（信息通信技术）的碳足迹显著，HPC和大型数据中心消耗了大量能源（如美国2022年的数据中心能耗接近460 TWh）。预测显示这种需求持续上升，加剧资源和环境问题。在全球应对气候变化和实现碳中和的背景下，科学研究过程的可持续性亟需被审视。
• 研究动机与相关工作: 研究基于可持续人机交互（SHCI）理论，关注技术使用的长期嵌入性对学术实践的塑造。文献回顾显示，目前在HPC及学术科研中的计算浪费问题尚未得到足够关注。这项研究试图揭示这一领域的具体驱动因素，并为未来的干预提供基础。

解决方案

• 提出的方法: 作者对研究人员、HPC提供者、资助者和管理者进行访谈，从技术和文化层面揭示HPC驱动计算增长和浪费的原因，并采用因果循环图（CLD）建模以展示这些复杂的关联。
• 创新之处: 提出了对“计算浪费”的概念框架，从代码效率低下到学术文化内部驱动的冗余研究；通过CLD系统性地展现了影响HPC增长与浪费的技术和社会文化因素。
• 实施步骤:
  1. 收集来自25位不同角色的受访者的定性访谈数据。
  2. 提取并分析主要主题，例如HPC的增长需求、浪费形式、社会文化影响。
  3. 构建因果循环图（CLD）以链接计算增长与浪费之间的动态关系。
  4. 提供纠正浪费问题的潜在干预点，从技术到文化层面层层剖析。

研究成果

• 具体成果:
  1. 增长与浪费的原因分析: 研究指出计算增长通常来自学术文化中的高期望和竞争压力，而浪费包括低效代码、重复工作和冗余计算。
  2. 因果循环图（CLD）的构建: 描绘了HPC嵌入学术实践的复杂动态关系，揭示了行为（如学生期望、学术出版文化）与设施使用之间的强化反馈机制。
  3. 提出干预策略: 包括开发绿色计算工具、加强计算资源共享、优化技术支持（如研究软件工程师，RSEs），以及通过学术文化变革（如减少“发表即生存”的压力）推动可持续计算。
• 与现有解决方案的比较: 与之前更专注于技术效率的研究相比，该研究强调了技术与社会文化因素的交叉作用，突出了文化与结构转型在抑制HPC浪费中的重要性。
• 实验与评估结果: 虽然研究以质性分析为主，但通过访谈揭示了学术实践多维度中的浪费现象并验证了CLD的相关性。
• 局限性与未来方向:
  1. 样本偏向STEM（科学、技术、工程、数学）学科，未覆盖社会科学与人文学科。未来研究应探索不同学科的特有动态。
  2. 研究基于定性方法，需量化数据评估浪费实践的规模与影响。
  3. 当前解决方案更多为技术改善建议，而类似政策优化或跨学科文化转变的实施细节仍需进一步研究。

总结

本文通过对HPC增长与浪费的深度分析，阐明了学术实践的可持续性问题；强调解决学术文化、结构与技术交互影响的重要性。研究不仅为探讨数字化转型中的环境问题提供了新的视角，也提出了具有启发意义的干预策略，帮助推动科学研究向更负责任和有意义的方向发展。