最新款GPU驅(qū)動(dòng)型超級(jí)計(jì)算機(jī)加速各類科學(xué)研究

作為目前世界上運(yùn)行速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，Summit在距其初次亮相數(shù)周后就已經(jīng)憑借其迅猛的性能為各個(gè)科研領(lǐng)域提供了強(qiáng)力支持。從超導(dǎo)體到成癮性機(jī)制的研究，Summit的出現(xiàn)對(duì)于科學(xué)領(lǐng)域研究成果的突破起到了至關(guān)重要的作用。

Summit位于美國(guó)田納西州橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (ORNL)，目前已開(kāi)始為 CoMet（可識(shí)別出與疾病相關(guān)聯(lián)的基因模式的應(yīng)用程序）提供運(yùn)行支持，其運(yùn)行速度要比上一代產(chǎn)品Titan快150倍。另一款運(yùn)行于其上的應(yīng)用程序是QMCPACK，該應(yīng)用可處理量子蒙特卡羅模擬，以探索新一代超導(dǎo)體等新型材料。這一過(guò)程的運(yùn)行速度要比Titan快50倍。

Summit之所以能夠?yàn)閼?yīng)用廣泛的科研領(lǐng)域提供加速，要?dú)w功于NVIDIA十多年來(lái)對(duì)“堆?！奔夹g(shù)的全方位投資，其中涉及到GPU并行處理器的架構(gòu)改進(jìn)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件、算法和應(yīng)用程序優(yōu)化等方方面面。在整個(gè)堆棧領(lǐng)域范圍內(nèi)進(jìn)行創(chuàng)新并不容易，但卻異常重要，因?yàn)殡S著摩爾定律的失效，性能提升將不會(huì)再輕易自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

Summit由27648塊NVIDIA GPU提供支持，是為加速各類科學(xué)研究而打造的最新款GPU驅(qū)動(dòng)型超級(jí)計(jì)算機(jī)。這臺(tái)計(jì)算機(jī)專為美國(guó)能源部的項(xiàng)目打造，是全球第一臺(tái)每秒可完成超過(guò)100petaflops的超級(jí)計(jì)算機(jī)，能夠加速世界頂尖科學(xué)家在高能物理學(xué)、材料發(fā)現(xiàn)、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域的科研進(jìn)步。

但Summit的優(yōu)勝之處并不僅在于速度。與Titan每個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行一塊GPU的布局不同，Summit在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都搭載了6塊Tensor Core GPU。這使得Summit在得以靈活運(yùn)行傳統(tǒng)模擬的同時(shí)，還能適用于GPU深度學(xué)習(xí)。自從六年前推出Titan以來(lái)，深度學(xué)習(xí)已經(jīng)顛覆了整個(gè)計(jì)算世界的格局。

Volta如何奠定基石

有了Volta，我們得以重塑GPU。其革命性的Tensor Core架構(gòu)使得多精度計(jì)算成為可能。因此可以在半精度(FP16)下達(dá)到每秒125萬(wàn)億次的浮點(diǎn)運(yùn)算速度。而如果需要執(zhí)行更大范圍或更高精度的計(jì)算（如進(jìn)行科學(xué)模擬），也同樣能夠以單精度(FP32)和雙精度(FP64)運(yùn)行。

Volta融合了深度學(xué)習(xí)所需的高效處理能力和科學(xué)模擬所需的高精度計(jì)算能力，是AI和高性能計(jì)算的強(qiáng)勁計(jì)算動(dòng)力之源。

借助NVIDIA的全棧優(yōu)化方法，在諸如Summit的基于Volta的系統(tǒng)上，研究人員得以加快其原始運(yùn)行速度。從而讓我們能夠以更快的速度找到應(yīng)對(duì)重大挑戰(zhàn)的解決方案。在一開(kāi)始就有機(jī)會(huì)使用Summit的研究人員，已經(jīng)在基因組和材料科學(xué)等研究中證明了這一方法的優(yōu)勢(shì)，從而有希望為現(xiàn)實(shí)世界帶來(lái)真正的益處。

解開(kāi)遺傳之謎

基因決定了我們?nèi)菀谆忌夏男┘膊『桶Y狀。阿爾茨海默病等疾病或慢性疼痛等癥狀可能引發(fā)阿片類藥物成癮的現(xiàn)象，但只有10％的阿片類處方藥物可能會(huì)導(dǎo)致上癮。

人類基因組由30億個(gè)核苷酸組成，需要進(jìn)行大量計(jì)算才能全面了解各種基因組合，以及導(dǎo)致慢性疼痛或阿片類藥物成癮的基因組合。這種可能的基因組合數(shù)量甚至比宇宙中的原子數(shù)量還要多。

Summit在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都采用了6塊V100 Tensor Core GPU，可提供高于Titan 150倍的性能，并能夠完成之前不可能實(shí)現(xiàn)的基因模式探索。這為在一系列疾病方面實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)突破鋪平了道路，如心臟病、癌癥、阿爾茨海默病以及阿片類藥物成癮癥。

釋放超導(dǎo)之力

超導(dǎo)體是迄今為止被發(fā)現(xiàn)的最令人激動(dòng)的材料之一。它能夠在沒(méi)有任何能量損失的情況下傳輸電力，還可以用于永久性儲(chǔ)存能量?？梢詫⑵溆糜陂_(kāi)發(fā)MRI（核磁共振成像）設(shè)備、磁懸浮列車以及磁聚變裝置等的強(qiáng)大科學(xué)磁體。

但面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是：超導(dǎo)體只能在極低溫度(-243℃)下工作，而創(chuàng)造這一溫度條件的造價(jià)不菲，例如使用液氦。

高溫超導(dǎo)體(HTS)只需在-70℃下工作，但它易碎且難以生產(chǎn)。量子蒙特卡羅 (QMC) 電子結(jié)構(gòu)計(jì)算可以幫助識(shí)別具有金屬性質(zhì)的新型HTS材料。

研究人員對(duì)QMCPACK進(jìn)行了優(yōu)化以使其適合在Summit的Volta GPU上運(yùn)行，且其在Summit節(jié)點(diǎn)上的運(yùn)算速度比Titan要高出50倍。這讓研究人員得以大幅提升可模擬材料的復(fù)雜度，同時(shí)極大地加快了對(duì)于經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的新型超導(dǎo)體的發(fā)掘歷程。

AI和模擬：強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合

Summit極好地詮釋了當(dāng)前超級(jí)計(jì)算機(jī)和機(jī)器類型的轉(zhuǎn)變潮流：既有極快的運(yùn)行速度，可以加速科學(xué)模擬，同時(shí)又足夠智能，可以從海量數(shù)據(jù)中獲得洞察。

這一強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，有希望助力當(dāng)代科學(xué)家們創(chuàng)造研究奇跡。借助Summit及類似系統(tǒng)，我們將竭盡全力確保它們不負(fù)眾望。