智東西（公眾號：zhidxcom）
作者 | ?ZeR0
編輯 | ?漠影
智東西5月22日報道，在國際超算大會（ISC）上，NVIDIA（英偉達）公布了一個搭載384顆NVIDIA Grace CPU超級芯片的超級計算機Isambard 3。這臺超級計算機躋身世界三大最環保的非加速超級計算機之列，FP64峰值性能將達到約2.7 petaflops，功耗低于270千瓦。
面向量子計算，NVIDIA今日宣布兩項關鍵進展，包括與羅爾斯·羅伊斯、量子軟件公司Classiq宣布量子計算在噴氣發動機計算流體動力學領域取得突破性進展，以及宣布計劃與德國于利希研究中心（FZJ）的于利希超算中心（JSC）聯合建立一座新的量子計算實驗室。
一、Isambard 3超算：能效提升6倍，將用于氣候科學、醫學研究
Isambard 3超(chao)級(ji)計(ji)算機(ji)位于英國布(bu)(bu)里斯托(tuo)和巴斯科學(xue)園。作為英國GW4科研聯盟的(de)一部分，該項目(mu)由(you)布(bu)(bu)里斯托(tuo)大(da)學(xue)、巴斯大(da)學(xue)、卡迪夫大(da)學(xue)和埃克塞(sai)特(te)大(da)學(xue)牽頭。Isambard 3在2024年(nian)春季投入(ru)使用(yong)(yong)后，布(bu)(bu)里斯托(tuo)大(da)學(xue)預計(ji)注冊用(yong)(yong)戶數量將大(da)幅超(chao)過目(mu)前的(de)800人。
這臺(tai)超級計(ji)算機將(jiang)(jiang)配備384顆基于(yu)(yu)Arm架構的(de)NVIDIA Grace CPU超級芯片，用于(yu)(yu)推動醫學和科學研究，其性(xing)能和能效預計(ji)將(jiang)(jiang)達到Isambard 2的(de)6倍，使其成為歐(ou)洲(zhou)最節(jie)能的(de)系(xi)統之一(yi)。
Isambard項目(mu)首席(xi)研(yan)究員、布里斯托大學高性能計(ji)(ji)算教授Simon McIntosh-Smith評價其“媲美(mei)全(quan)球超(chao)級計(ji)(ji)算機(ji)500強中(zhong)排名前50的超(chao)級計(ji)(ji)算機(ji)，將(jiang)為科學家(jia)提(ti)供(gong)革命性的全(quan)新超(chao)級計(ji)(ji)算平(ping)臺(tai)，以推進科研(yan)工作取得突破(po)”。
包括Isambard 3在(zai)(zai)內，越(yue)來(lai)越(yue)多的超級計(ji)算(suan)機正在(zai)(zai)采用基于Arm架構的NVIDIA芯(xin)片(pian)。比如瑞士國家(jia)超算(suan)中心和美國洛斯阿拉(la)莫斯國家(jia)實(shi)驗室正在(zai)(zai)建造配(pei)備GPU的超級計(ji)算(suan)機。
由(you)HPE建(jian)設的(de)Isambard 3將(jiang)(jiang)助(zhu)力歐洲科研(yan)界在(zai)人(ren)工智能(neng)、生命科學、醫學、天體物理學和(he)(he)生物技(ji)術方(fang)面取得突(tu)破。它將(jiang)(jiang)能(neng)夠(gou)創建(jian)風電(dian)場和(he)(he)聚變反應堆等超復雜結構的(de)詳細模(mo)型，以幫助(zhu)科研(yan)人(ren)員在(zai)清潔能(neng)源和(he)(he)綠色能(neng)源方(fang)面取得新進(jin)展。
由NVIDIA Grace驅動的(de)系(xi)統將延續(xu)Isambard 2的(de)分子機制模擬工(gong)作(zuo)，以更好(hao)地了解帕金森病，并為骨質(zhi)疏松癥和COVID-19尋找新的(de)治療方法。這些計算密集型應(ying)用受益于Grace超級芯片中提供的(de)最(zui)高性能的(de)核心、最(zui)高的(de)內存(cun)帶(dai)寬和最(zui)優的(de)單(dan)核內存(cun)容量。
二、采用NVIDIA量子計算平臺，模擬全球最大計算流體力學量子電路
在(zai)ISC期(qi)間(jian)，NVIDIA、全球航空業的領導者(zhe)羅(luo)爾斯(si)·羅(luo)伊斯(si)和(he)量(liang)子(zi)軟(ruan)件公司(si)Classiq宣布了一(yi)項量(liang)子(zi)計算突破，旨在(zai)不斷提高噴氣發(fa)動機效率。
噴(pen)氣式發(fa)動(dong)機是地(di)球上(shang)最復雜(za)的設備之一(yi)，其(qi)設計成本非常高昂，而(er)且計算(suan)難度極大。羅爾(er)斯(si)·羅伊(yi)斯(si)致力于(yu)建造最先進的噴(pen)氣發(fa)動(dong)機，以更(geng)加可持(chi)續的航(hang)空設備推動(dong)能源轉型(xing)。
當(dang)今量(liang)子(zi)計(ji)(ji)算機(ji)僅(jin)能支持只有幾層的(de)(de)電路(lu)深度。羅(luo)爾(er)斯(si)·羅(luo)伊(yi)斯(si)正使用(yong)(yong)GPU為量(liang)子(zi)未(wei)來做準備，計(ji)(ji)劃(hua)使用(yong)(yong)新的(de)(de)電路(lu)發揮量(liang)子(zi)在CFD中的(de)(de)優勢，同時使用(yong)(yong)經典和量(liang)子(zi)計(ji)(ji)算方(fang)法(fa)來模擬噴氣(qi)發動機(ji)設計(ji)(ji)的(de)(de)性能。羅(luo)爾(er)斯(si)·羅(luo)伊(yi)斯(si)計(ji)(ji)算科學研(yan)究員Leigh Lapworth說，將經典和量(liang)子(zi)計(ji)(ji)算方(fang)法(fa)直(zhi)接用(yong)(yong)于(yu)解決噴氣(qi)發動機(ji)的(de)(de)設計(ji)(ji)難(nan)題，會幫助羅(luo)爾(er)斯(si)·羅(luo)伊(yi)斯(si)加(jia)快進(jin)程并進(jin)行更復(fu)雜的(de)(de)計(ji)(ji)算。
“NVIDIA的量子計(ji)算平臺不僅(jin)為羅(luo)爾斯·羅(luo)伊斯提(ti)供了(le)一條(tiao)解決這些問題的潛在路徑(jing)，還加快了(le)該公司(si)研究(jiu)和(he)在未來開發更加高效的噴氣式(shi)發動機(ji)的速(su)度。”NVIDIA超大規模和(he)高性能計(ji)算副總裁Ian Buck談(tan)道。
通過采用NVIDIA的量(liang)子計算平臺，兩(liang)家公(gong)司(si)設計并模擬了世界上最大的計算流體力學（CFD）量(liang)子計算電路。該電路測量(liang)深(shen)度為(wei)1000萬(wan)層，有39個量(liang)子位。
羅爾斯·羅伊斯及其合作伙(huo)伴以色列公司Classiq先是使用Classiq的合成引(yin)擎設計了該電路(lu)，然后使用NVIDIA A100 Tensor Core GPU對其進(jin)行模擬(ni)，并采(cai)用NVIDIA cuQuantum軟件開發套(tao)件以保(bao)證量子計算流程的速度和規模。
NVIDIA提供了(le)一(yi)(yi)個加快(kuai)各學科量子(zi)研究(jiu)和開發突(tu)破的(de)統(tong)一(yi)(yi)計(ji)算平臺。Grace Hopper超級芯片(pian)集NVIDIA Hopper架構(gou)GPU的(de)性(xing)(xing)能與NVIDIA Grace CPU的(de)多功能性(xing)(xing)于一(yi)(yi)身。高速(su)(su)、低延遲的(de)NVIDIA NVLink-C2C互(hu)連(lian)(lian)技術優化了(le)使用該(gai)超級芯片(pian)構(gou)建的(de)經典系統(tong)與量子(zi)處理器(qi)或QPU的(de)連(lian)(lian)接。Grace Hopper每個節點共(gong)有600GB快(kuai)速(su)(su)訪問內存，令量子(zi)生態系統(tong)能夠(gou)進一(yi)(yi)步擴大這些模擬的(de)規模。
作為一(yi)座通往未來量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算的(de)(de)“戰略性(xing)橋梁”，Grace Hopper驅動著(zhu)全(quan)球首個將量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算與(yu)最先進的(de)(de)經(jing)典計(ji)算相(xiang)結合的(de)(de)GPU加速量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算系統DGX Quantum。NVIDIA還(huan)為開(kai)發者(zhe)提供了一(yi)個連接GPU和(he)QPU的(de)(de)開(kai)源(yuan)編(bian)程模型NVIDIA CUDA Quantum，以實現量(liang)子(zi)(zi)與(yu)經(jing)典計(ji)算的(de)(de)緊密(mi)集成。
三、共建量子計算實驗室，向混合量子-經典計算邁出重要一步
當前(qian)全球(qiu)大(da)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)量(liang)(liang)子計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)研究都在(zai)NVIDIA GPU上(shang)(shang)運行。歐洲最(zui)大(da)的(de)(de)(de)量(liang)(liang)子計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)設施之—于利希(xi)超(chao)級(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)中心(xin)（JSC）也在(zai)ISC上(shang)(shang)宣布，計(ji)(ji)劃與NVIDIA共同建(jian)立一(yi)座量(liang)(liang)子計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)實(shi)驗室。該實(shi)驗室與慕尼黑的(de)(de)(de)ParTec AG一(yi)起在(zai)NVIDIA量(liang)(liang)子計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)平臺(tai)的(de)(de)(de)基礎上(shang)(shang)開(kai)發一(yi)臺(tai)經典-量(liang)(liang)子超(chao)級(ji)(ji)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)機。
這個新的(de)實驗(yan)室將由歐洲最(zui)大的(de)跨學科研究中心(xin)之一德國于(yu)利(li)希(xi)研究中心(xin)（FZJ）運(yun)營，并作(zuo)為于(yu)利(li)希(xi)量(liang)子計(ji)(ji)算用戶(hu)基礎設施(shi)（JUNIQ）的(de)一部(bu)分，運(yun)行(xing)高(gao)性能、低延遲的(de)量(liang)子-經(jing)典(dian)計(ji)(ji)算工作(zuo)負載。JUNIQ目(mu)前正在使(shi)用搭(da)載3744顆NVIDIA A100 Tensor Core GPU的(de)JUWELS加速系統(tong)進行(xing)量(liang)子計(ji)(ji)算模擬。
JSC計劃采(cai)用分階段(duan)的方式測試該系統(tong)，使(shi)用NVIDIA CUDA量子編程模(mo)型(xing)對量子處(chu)理器(qi)進行編程，并將其集成到于利(li)希超(chao)(chao)大規模(mo)模(mo)塊化(hua)超(chao)(chao)級計算架構中(zhong)。
量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)和GPU超級計(ji)算(suan)(suan)的(de)統一(yi)(yi)化是未來在科學領(ling)(ling)域(yu)取(qu)得突破的(de)關鍵之(zhi)一(yi)(yi)。NVIDIA高性能(neng)計(ji)算(suan)(suan)兼量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)總監Timothy Costa說：“NVIDIA與于利希(xi)超級計(ji)算(suan)(suan)中心、ParTec等創(chuang)新(xin)者的(de)合作是量(liang)(liang)子(zi)-經典計(ji)算(suan)(suan)領(ling)(ling)域(yu)的(de)一(yi)(yi)座重要里程碑(bei)，不僅使(shi)無(wu)數新(xin)的(de)研究人員能(neng)夠使(shi)用量(liang)(liang)子(zi)-經典計(ji)算(suan)(suan)，而(er)且距離第一(yi)(yi)臺量(liang)(liang)子(zi)加速超級計(ji)算(suan)(suan)機(ji)又近了一(yi)(yi)步。”
JSC量(liang)(liang)子信息處理(li)部(bu)主管Kristel Michielsen認(ren)為，混(hun)合(he)量(liang)(liang)子-經(jing)典(dian)系統正(zheng)在(zai)(zai)使(shi)量(liang)(liang)子計算更接近現(xian)實(shi)，以解(jie)決單靠經(jing)典(dian)計算無法解(jie)決的(de)復雜問題。他談道(dao)，通過與NVIDIA合(he)作建立這座模塊化(hua)量(liang)(liang)子計算實(shi)驗室，JSC的(de)研究人員可以在(zai)(zai)化(hua)學和材料科學領域取得前所未(wei)有的(de)進步，推動各(ge)個科學學科和行業(ye)實(shi)現(xian)更加廣泛的(de)變革(ge)性進展。
ParTec AG首(shou)席執行官Bernhard Frohwitter相(xiang)信(xin)：“量子計(ji)算機將(jiang)成為未來任何異構(gou)超級計(ji)算機必不可少(shao)的組成部分(fen)。”
此(ci)外，集成CUDA Quantum的最新QPU制造商ORCA Computing正在將其光子量(liang)子計算機與用于機器學習的GPU相結合。兩個(ge)熱門量(liang)子機器學習框(kuang)架TensorFlow Quantum和(he)TorchQuantum也已集成cuQuantum。如今，全球大(da)多數量(liang)子計算軟件均支(zhi)持NVIDIA量(liang)子平臺的GPU加速功能。
結語：掀起新型節能超算浪潮，加快科學與工業研究突破
從氣候(hou)變化到(dao)醫學，再(zai)到(dao)量(liang)子計算，都是長期探索的(de)重要(yao)科(ke)研領(ling)域。而超級(ji)計算已經使得加速破解科(ke)研難題、突破發(fa)現(xian)界限成為可能(neng)。從今年ISC期間(jian)的(de)多項發(fa)布(bu)來看，NVIDIA的(de)產品在超級(ji)計算領(ling)域的(de)存在感正變得越(yue)(yue)來越(yue)(yue)強。
通過與(yu)Arm Neoverse生(sheng)態系統合作，NVIDIA基于(yu)Arm的Grace超級計算芯片正為(wei)打造更節能(neng)的超級計算中心鋪平道路，再加(jia)上其王牌硬件(jian)產品GPU以及CUDA Quantum等軟件(jian)“組合拳”，NVIDIA加(jia)速的系統將推動更廣范圍的科學(xue)與(yu)工業研(yan)究取得突破性進展。
