ISC大会上，JUPITER展示百亿亿次科学计算的模样

欧洲首台百亿亿次超级计算机JUPITER位于德国于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich），搭载NVIDIA Grace Hopper超级芯片和NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand网络，在过去一年中取得了令人瞩目的成就。本周，国际超级计算社区齐聚汉堡ISC大会，四个在JUPITER上运行的项目展示了百亿亿次计算的实际能力：以细胞级精度绘制人脑图谱、以1公里分辨率模拟整个地球气候、为下一代无线网络构建AI系统，以及模拟通用50量子比特量子计算机。

于利希超级计算中心主任、法兰克福大学教授Thomas Lippert表示：“凭借JUPITER，欧洲不仅进入了百亿亿次时代，更在科学和AI领域引领全球，其应用范围之广无与伦比。”这四个项目共同体现了一个主题：以前在传统硬件上无法实现的科学难题，如今在百亿亿次计算下变得可行。

绘制脑图谱的基础模型

于利希脑图谱项目——由于利希神经科学与医学研究所（INM-1）牵头，联合Helmholtz AI、合作医院及其他Helmholtz机构——推出了CytoNet，一个用于脑微结构分析的基础模型。人脑的复杂性令人惊叹：拥有860亿个神经元和约100万亿个连接，此前在单神经元分辨率下理解脑功能几乎不可能。研究由神经科学家Katrin Amunts和计算机科学家Christian Schiffer领导。该模型从细胞尺度的脑成像数据中学习，构建了将单个细胞结构与更广泛的脑组织和功能模式联系起来的图谱。

训练在JUPITER上耗时不到五天，使用了来自21个死后大脑的6.5 PB数据，运行在4096个NVIDIA Grace Hopper超级芯片上。一篇描述该工作的论文已发表在arXiv上。Amunts说：“我们不仅用AI分析大脑，还在构建一个能自主思考实验的智能体。这将改变神经科学的面貌，而JUPITER让这句话在今天成为可能。”团队下一步是构建用于脑研究的AI智能体，集成多模态推理、语言接口和问答能力，使用包括NVIDIA Nemotron 3 120B在内的开源模型。

公里级分辨率的气候模拟

由苏黎世联邦理工学院、德国气候计算中心、于利希超级计算中心、马克斯·普朗克气象研究所、NVIDIA、瑞士国家超级计算中心和汉堡大学的研究人员共同开发的新型ICON配置，在去年11月获得了SC25戈登贝尔气候建模奖。这一突破不仅在于分辨率。ICON是首个以1公里分辨率模拟耦合地球系统的模型，包括海洋、大气、陆地、生物地球化学和完整的碳循环，各组分间交换碳。它可以模拟和可视化完整的生态系统，如浮游植物水华和浮游动物摄食。之前的系统只能模拟部分过程，而ICON可以运行全部。这使得首次能够以这种细节水平观察地球。

在JUPITER上使用20480个NVIDIA Grace Hopper超级芯片，该模型模拟了约146天的实际气候，用时24小时计算，创下了全球气候模拟的世界纪录。NVIDIA参与ICON社区已超过十年。马克斯·普朗克气象研究所计算基础设施与模型开发组组长Daniel Klocke说：“我们的模拟解析了塑造海洋生态系统和调节海洋碳吸收的精细尺度风、海洋涡旋和上层海洋混合。在全球1公里分辨率下，这些相互作用直接从物理定律中涌现，而非近似。这为我们提供了前所未有的视角，了解大气、海洋和生物圈如何协同工作。”

6G获得百亿亿次合作伙伴

今年3月，爱立信和于利希研究中心宣布合作，为5G演进和6G网络开发AI，以JUPITER作为大规模AI模型训练和测试的计算引擎。该合作瞄准受大脑启发的架构，旨在以更低能耗处理复杂网络运营。研究重点包括爱立信无线和核心网络的AI模型、利用神经形态方法在无线边缘实现节能AI推理，以及源于JSC百亿亿次工作的模块化超级计算架构概念。

打破量子记录

于利希超级计算中心的研究人员与联合运行的NVIDIA应用实验室合作，还实现了全球首次完全模拟通用50量子比特量子计算机，超越了此前48量子比特的记录。这一模拟得益于JUPITER的NVIDIA GH200 Grace Hopper超级芯片中一致、紧密耦合的CPU-GPU内存架构，允许超过GPU限制的数据无缝溢出到CPU内存，性能损失极小，使得JUPITER能够容纳远大于GPU内存的量子态，从而推动模拟超越48量子比特记录。

目前，这类模拟是量子研究最强大的工具：今天的量子硬件还无法在实际问题上超越经典计算机，因此以最大规模模拟量子机器是研究人员设计和压力测试未来硬件将运行的算法的方式。这个强大的量子模拟器JUQCS-50将可通过JSC的量子计算机用户设施JUNIQ访问，该设施由JSC主任、科隆大学教授Kristel Michielsen领导。JUQCS-50将欧洲首台百亿亿次系统转化为未来量子-GPU超级计算机的强大试验台。

百亿亿次的影响

从神经元到大气、从无线基础设施到量子，JUPITER上运行的科学项目范围表明，百亿亿次计算已从研究类别进入生产阶段。这些成果是Grace Hopper平台在科学前沿的证明。

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