欧洲迎来百亿亿次级计算机

赞

JUPITER将落地德国，推动欧洲进入百亿亿次级超级计算领域。

Frontier是世界上第一台——或者至少说是公开的第一台百亿亿次级超级计算机，该超级计算机即将在美国田纳西州橡树岭国家实验室上线，用于一般科学用途。而伊利诺伊州阿贡国家实验室的另一台超级计算机Aurora似乎随时都能完工。现在，欧洲也在加速追赶。通过5亿欧元泛欧计划的努力，一台名为JUPITER的百亿亿次级超级计算机将于2023年在德国于利希研究中心安装部署。
于利希超级计算中心主任托马斯•里佩尔（Thomas Lippert）将JUPITER的加入以及超级计算基础设施在欧洲更广泛的扩展比作建造一架惊人的新型望远镜。“我们将更好地解决有关这个世界的问题。”他说。欧盟支持的高性能计算部门EuroHPC JU承担了这台百亿亿次级新机器一半的成本，其余成本由德国联邦政府和州政府承担。
根据定义，百亿亿次级超级计算机可超过百亿亿次浮点运算，即超过每秒1018浮点运算。这种运算需要庞大的机器。JUPITER将存放在一座洞穴似的新建筑中，里面有几个集装箱大小的水冷机柜。每个机柜将放置一组壁橱大小的机架，每个机架将支持多个单独的处理节点。

总共会有多少个节点呢？JUPITER的节点数量尚未确定，但我们可以参考最近升级的系统JUWELS，它目前在全球超级计算机500强中排名第12位。JUPITER将与JUWELS成为邻居，但不在同一座建筑中，JUWELS共有3500多个计算节点。
截至发稿时，相关合同仍在招标中，于利希中心的科学家们对这台新机器的芯片规格守口如瓶。即便如此，其整体架构已经确定，外人可以通过观察于利希和欧洲其他地方的其他庞大机器得到一些线索。
JUPITER将依赖基于图形处理器（GPU）的加速器和包含中央处理器（CPU）的通用集群模块。其规划架构还包括高容量磁盘和闪存存储，以及用于档案数据存储的专用备份单元和磁带系统。
JUWELS超级计算机使用了源讯（Atos）BullSequana X硬件，配有AMD霄龙（EPYC）处理器和迈络思HDR InfiniBand互连。得到了EuroHPC支持的芬兰超级计算LUMI近期即将上线，它使用了慧与（HPE）Cray硬件、AMD霄龙处理器和慧与Slingshot互连。LUMI目前排名世界第三。如果JUPITER也是这样，那么它可能在许多方面与2022年5月达到百亿亿次级的Frontier相似，使用的也是Cray硬件和AMD处理器。
“计算机行业用这些数字来衡量进展，就像雄心勃勃飞向月球的目标一样。”德国帕德博恩大学的计算机科学家克里斯蒂安•普莱斯勒（Christian Plessl）说，“硬件只是一个方面。另一方面是如何利用好这些机器。”
普莱斯勒与化学家托马斯•库什纳（Thomas Kühne）合作，对艾滋病毒和新冠病毒的刺突蛋白进行了原子级模拟。2022年5月，二人在Perlmutter超级计算机上运行了量子化学软件，为他们的SARS模拟进行了百亿亿次浮点运算规模的计算（涉及数百万个在飞秒时间尺度上振动的原子）。它们实际超过了百亿亿次浮点运算，因为这些计算是在16位和32位较低的分辨率下进行的，而不是当前计算浮点运算的64位标准分辨率。
库什纳对JUPITER及其运行更高要求的高通量计算潜力激动不已，这种计算可能会告诉我们如何利用阳光将水分解为氢气和氧气并用于清洁能源应用。巴塞罗那超级计算中心的何塞•M. 塞拉（Jose M. Cela）表示，对于某些燃烧模拟、真正大规模的流体动力学以及涵盖整个气候的行星模拟来说，百亿亿次级计算能力必不可少。

里佩尔期待欧洲几个超级计算机中心协同使用其大型机器进行联合超级计算，通过一个服务中心将计算分配给适当的超级计算机。塞拉表示，针对一些问题，超算中心之间的通信速度还不够快，无法做到这一点，例如，燃气轮机燃烧模拟必须在一台机器内完成。不过，这种方法可能对某些生命科学问题有用，例如遗传和蛋白分析。EuroHPC JU的丹尼尔•奥帕尔卡（Daniel Opalka）表示，欧洲企业也将采用这种新兴的超级计算基础设施。
即使超级计算机变得越来越快、越来越大，它们也必须更努力地工作以提高能效。这对欧洲来说尤其重要，因为欧洲正在经历一场漫长、昂贵的能源危机。
JUPITER运行期间将消耗15兆瓦电力。计划要求它使用清洁能源。随着风力涡轮机越来越大、越来越好，也许只需要几个大型涡轮机就能满足JUPITER的能源需求。此外，冷却水在这些巨大的计算箱中循环，产生的热水可以用来为附近的家庭和企业供暖，就像芬兰的LUMI那样。这是该计算中心适应欧盟能源现实的又一种方式。

作者：Michael Dumiak

IEEE Spectrum

《科技纵览》

官方微信公众平台






往期推荐
量子计算机的扩展
永不失忆的计算机芯片
首台百亿亿次计算机内部的秘密