在智能時代，數據的價值已經被重新定義。無論是千行百業的數字化轉型，還是元宇宙、XR背后的虛擬世界，都離不開龐大數據量的采集和處理，多元化的應用場景使得傳統的加速計算方式難以滿足復雜需求。在德國漢堡舉行的ISC 2023國際超算大會上，NVIDIA發布了一系列關于高效節能超級計算和量子計算的最新進展，包括一臺由NVIDIA CPU加速的新超級計算機“Isambard 3”，以及與羅爾斯·羅伊斯公司噴氣發動機設計組合作的量子計算突破。

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如今，有越來越多的超級計算機采用了Arm架構的處理器，甚至闖入了TOP500的前列。部署在英國布里斯托和巴斯科學園的Isambard 3，是英國GW4科研聯盟的一部分，該項目由布里斯托大學、巴斯大學、卡迪夫大學和埃克塞特大學牽頭。Isambard 3搭載了384顆基于Arm架構的NVIDIA Grace CPU超級芯片，用于推動醫學和科學研究，其性能和能效預計將達到Isambard 2的六倍，使其成為歐洲最節能的系統之一。該超算的FP64峰值性能達到約2.7 petaflops，功耗低于270千瓦，躋身世界三大最環保的非加速超級計算機之列。

NVIDIA Grace CPU由兩個CPU芯片組成，它們之間通過NVLink-C2C互連，NVLink-C2C是一種新型的高速、低延遲、芯片到芯片的互連技術。Grace CPU是由CPU-GPU集成的“Grace Hopper超級芯片”的模塊，與基于NVIDIA Hopper架構的GPU一同應用于大型HPC和AI應用。該芯片專為提供最高的性能而打造，能夠在單個插座（socket）中容納144個Arm核心。根據NVIDIA實驗室使用同類編譯器估算，這一結果較當前DGX A100搭載的雙CPU相比高1.5倍以上。Grace CPU還提供了能效和內存帶寬，其依托帶有糾錯碼的LPDDR5x內存組成的創新的內存子系統，可實現速度和功耗的最佳平衡。LPDDR5x內存子系統提供兩倍于傳統DDR5設計的帶寬，可達到每秒1TB ，功耗大幅降低 ，CPU加內存整體功耗僅500瓦。

英國科研聯盟GW4打造能效提升6倍的超級計算機，用于氣候科學、醫學研究等領域

NVIDIA超大規模與高性能計算副總裁Ian Buck表示：“隨著氣候變化成為一個日益嚴峻的問題，計算機采用節能技術至關重要。NVIDIA正在與Arm Neoverse生態系統合作，為打造更節能的超級計算中心鋪平道路，推動科學和工業研究取得重大突破。”由HPE建設的Isambard 3將助力歐洲科研界在人工智能、生命科學、醫學、天體物理學和生物技術方面取得突破，其能夠創建風電場和聚變反應堆等超復雜結構的詳細模型，幫助科研人員在清潔能源和綠色能源方面取得新進展。

Arm高級副總裁兼基礎設施總經理Mohamed Awad表示：“從氣候變化到醫學，超級計算已經使學術和行業領導者能夠應對世界上一些最重大的挑戰。在重要的研究領域進行拓展需要Arm Neoverse獨特的性能和能效。通過與NVIDIA合作，我們為能夠在Isambard 3超級計算機中滿足這種需求而感到自豪。”

NVIDIA基于Arm架構的由NVIDIA Grace驅動的系統將延續Isambard 2的分子機制模擬工作，以更好地了解帕金森病，并為骨質疏松癥和COVID-19尋找新的治療方法。這些計算密集型應用受益于Grace超級芯片中提供的最高性能的核心、最高的內存帶寬和最優的單核內存容量。

Isambard項目首席研究員、布里斯托大學高性能計算教授Simon McIntosh-Smith表示：“Isambard 3的應用性能效率高達其前代的6倍，媲美全球超級計算機500強中排名前50的超級計算機，將為科學家提供革命性的全新超級計算平臺，以推進科研工作取得突破。基于Arm架構的NVIDIA Grace CPU具有突破性的能效，能夠突破科學發現的界限，從而解決人類面臨的一些最困難挑戰。”

據了解，Isambard 3在2024年春季投入使用后，布里斯托大學預計注冊用戶數量將大幅超過當前的800人。另有消息稱，瑞士國家超算中心和美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室正在建造配備GPU的超級計算機。

瑞士國家超算中心的超級計算機

美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的超級計算機

在量子計算領域，NVIDIA、羅爾斯羅伊斯和量子軟件公司Classiq公布了一項新突破，進一步提升了噴氣發動機的效率。通過采用NVIDIA的量子計算平臺，兩家公司設計并模擬了世界上最大的計算流體力學（CFD）量子計算電路，該電路測量深度為1000萬層，有39個量子位。羅爾斯羅伊斯正在使用GPU為量子未來做準備，盡管當今的量子計算機僅能支持只有幾層的電路深度。羅爾斯羅伊斯致力于建造最先進的噴氣發動機，以更加可持續的航空設備推動能源轉型。該公司計劃使用新的電路發揮量子在CFD中的優勢，同時使用經典和量子計算方法來模擬噴氣發動機設計的性能。

全球最大的工業模擬量子電路將推動航空領域量子計算的發展

羅爾斯羅伊斯及其合作伙伴——以色列公司Classiq先是使用Classiq的合成引擎設計了該電路，然后使用NVIDIA A100 TensorCore GPU對其進行模擬，而NVIDIA cuQuantum——一個包含經過優化、用于加快量子計算流程的庫和工具軟件開發工具套件保證了該流程的速度和規模。

自20世紀八十年代以來，量子計算就不斷受到關注，相關數據顯示，開發量子軟件的大型組織數量從2018年的1%增長至2021年的30%，預計未來幾年的商業成熟度會更繼續提升，到2024年全球70%的大公司將開發量子計算機軟件。創立于2020年的Classiq是一家位于以色列的量子算法設計平臺提供商，此前曾獲得了超過千萬美元的融資。Classiq提供的量子算法設計平臺，允許開發人員使用功能模型設計量子電路，可以在該平臺搜索包含數百萬個電路配置的解決方案空間，以找到符合資源要求、設計者提供的目標硬件平臺。

NVIDIA提供了一個加快各學科量子研究和開發突破的統一計算平臺，Grace Hopper超級芯片集NVIDIA Hopper架構GPU的性能與NVIDIA Grace CPU的多功能性于一身，可以滿足超大規模量子模擬工作負載。此外，高速、低延遲的NVIDIA NVLink-C2C互連技術優化了使用該超級芯片構建的經典系統與量子處理器或QPU的連接。Grace Hopper每個節點共有600GB快速訪問內存，使得量子生態系統能夠進一步擴大這些模擬的規模。

GPU加速量子計算系統DGX Quantum的背后，就是Grace Hopper提供了有力的支撐，同時，NVIDIA還為開發者提供了一個連接GPU和QPU的強大開源編程模型——NVIDIA CUDA Quantum。集成CUDA Quantum的最新QPU制造商ORCA Computing正在將其光子量子計算機與用于機器學習的GPU相結合。兩個熱門量子機器學習框架TensorFlow Quantum和TorchQuantum現在也集成了cuQuantum。除此之外，NVIDIA GPU之上的“量子故事”，還在持續上演。

歐洲最大的量子計算設施之——于利希超級計算中心也在ISC上宣布，計劃與NVIDIA共同建立一座量子計算實驗室，該實驗室將將與慕尼黑的ParTec AG一起在NVIDIA量子計算平臺的基礎上開發一臺經典-量子超級計算機，使用CUDA Quantum等工具幫助開發者推動了量子計算領域的發展。

這項重大合作將推動在NVIDIA 加速的系統上運行高性能計算和量子計算工作負載的研究

該實驗室將由歐洲最大的跨學科研究中心之一——德國于利希研究中心（FZJ）運營，并作為于利希量子計算用戶基礎設施（JUNIQ）的一部分，運行高性能、低延遲的量子-經典計算工作負載。JUNIQ正在使用搭載3744顆NVIDIA A100 Tensor Core GPU的JUWELS加速系統進行量子計算模擬。

JSC量子信息處理部主管Kristel Michielsen表示：“混合量子-經典系統正在使量子計算更接近現實，以解決單靠經典計算無法解決的復雜問題。通過與NVIDIA合作建立這座模塊化量子計算實驗室，JSC的研究人員可以在化學和材料科學領域取得前所未有的進步，推動各個科學學科和行業實現更加廣泛的變革性進展。”

NVIDIA量子計算平臺通過開源CUDA Quantum編程模型實現了量子與經典計算的緊密集成，并通過NVIDIA cuQuantum軟件開發套件實現了一流的模擬。JSC計劃采用分階段的方式測試該系統，使用NVIDIA CUDA量子編程模型對量子處理器進行編程并將其集成到于利希超大規模模塊化超級計算架構中。

ParTec AG首席執行官Bernhard Frohwitter表示：“ParTec長期以來一直在推動模塊化超級計算架構的開發，并通過領先的ParaStation Modulo軟件實現了混合模塊化計算。量子計算機將成為未來任何異構超級計算機必不可少的組成部分。此次合作將帶來新的可能性。”

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