ISC大會上，JUPITER展示百億億次科學計算的模樣

歐洲首台百億億次超級計算機JUPITER位於德國於利希研究中心（Forschungszentrum Jülich），搭載NVIDIA Grace Hopper超級芯片和NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand網絡，在過去一年中取得了令人矚目的成就。本週，國際超級計算社區齊聚漢堡ISC大會，四個在JUPITER上運行的項目展示了百億億次計算的實際能力：以細胞級精度繪製人腦圖譜、以1公里分辨率模擬整個地球氣候、為下一代無線網絡構建AI系統，以及模擬通用50量子比特量子計算機。

於利希超級計算中心主任、法蘭克福大學教授Thomas Lippert表示：“憑藉JUPITER，歐洲不僅進入了百億億次時代，更在科學和AI領域引領全球，其應用範圍之廣無與倫比。”這四個項目共同體現了一個主題：以前在傳統硬件上無法實現的科學難題，如今在百億億次計算下變得可行。

繪製腦圖譜的基礎模型

於利希腦圖譜項目——由於利希神經科學與醫學研究所（INM-1）牽頭，聯合Helmholtz AI、合作醫院及其他Helmholtz機構——推出了CytoNet，一個用於腦微結構分析的基礎模型。人腦的複雜性令人驚歎：擁有860億個神經元和約100萬億個連接，此前在單神經元分辨率下理解腦功能幾乎不可能。研究由神經科學家Katrin Amunts和計算機科學家Christian Schiffer領導。該模型從細胞尺度的腦成像數據中學習，構建了將單個細胞結構與更廣泛的腦組織和功能模式聯繫起來的圖譜。

訓練在JUPITER上耗時不到五天，使用了來自21個死後大腦的6.5 PB數據，運行在4096個NVIDIA Grace Hopper超級芯片上。一篇描述該工作的論文已發表在arXiv上。Amunts説：“我們不僅用AI分析大腦，還在構建一個能自主思考實驗的智能體。這將改變神經科學的面貌，而JUPITER讓這句話在今天成為可能。”團隊下一步是構建用於腦研究的AI智能體，集成多模態推理、語言接口和問答能力，使用包括NVIDIA Nemotron 3 120B在內的開源模型。

公里級分辨率的氣候模擬

由蘇黎世聯邦理工學院、德國氣候計算中心、於利希超級計算中心、馬克斯·普朗克氣象研究所、NVIDIA、瑞士國家超級計算中心和漢堡大學的研究人員共同開發的新型ICON配置，在去年11月獲得了SC25戈登貝爾氣候建模獎。這一突破不僅在於分辨率。ICON是首個以1公里分辨率模擬耦合地球系統的模型，包括海洋、大氣、陸地、生物地球化學和完整的碳循環，各組分間交換碳。它可以模擬和可視化完整的生態系統，如浮游植物水華和浮游動物攝食。之前的系統只能模擬部分過程，而ICON可以運行全部。這使得首次能夠以這種細節水平觀察地球。

在JUPITER上使用20480個NVIDIA Grace Hopper超級芯片，該模型模擬了約146天的實際氣候，用時24小時計算，創下了全球氣候模擬的世界紀錄。NVIDIA參與ICON社區已超過十年。馬克斯·普朗克氣象研究所計算基礎設施與模型開發組組長Daniel Klocke説：“我們的模擬解析了塑造海洋生態系統和調節海洋碳吸收的精細尺度風、海洋渦旋和上層海洋混合。在全球1公里分辨率下，這些相互作用直接從物理定律中湧現，而非近似。這為我們提供了前所未有的視角，瞭解大氣、海洋和生物圈如何協同工作。”

6G獲得百億億次合作伙伴

今年3月，愛立信和於利希研究中心宣佈合作，為5G演進和6G網絡開發AI，以JUPITER作為大規模AI模型訓練和測試的計算引擎。該合作瞄準受大腦啓發的架構，旨在以更低能耗處理複雜網絡運營。研究重點包括愛立信無線和核心網絡的AI模型、利用神經形態方法在無線邊緣實現節能AI推理，以及源於JSC百億億次工作的模塊化超級計算架構概念。

打破量子記錄

於利希超級計算中心的研究人員與聯合運行的NVIDIA應用實驗室合作，還實現了全球首次完全模擬通用50量子比特量子計算機，超越了此前48量子比特的記錄。這一模擬得益於JUPITER的NVIDIA GH200 Grace Hopper超級芯片中一致、緊密耦合的CPU-GPU內存架構，允許超過GPU限制的數據無縫溢出到CPU內存，性能損失極小，使得JUPITER能夠容納遠大於GPU內存的量子態，從而推動模擬超越48量子比特記錄。

目前，這類模擬是量子研究最強大的工具：今天的量子硬件還無法在實際問題上超越經典計算機，因此以最大規模模擬量子機器是研究人員設計和壓力測試未來硬件將運行的算法的方式。這個強大的量子模擬器JUQCS-50將可通過JSC的量子計算機用户設施JUNIQ訪問，該設施由JSC主任、科隆大學教授Kristel Michielsen領導。JUQCS-50將歐洲首台百億億次系統轉化為未來量子-GPU超級計算機的強大試驗枱。

百億億次的影響

從神經元到大氣、從無線基礎設施到量子，JUPITER上運行的科學項目範圍表明，百億億次計算已從研究類別進入生產階段。這些成果是Grace Hopper平台在科學前沿的證明。

瞭解更多關於NVIDIA AI for Science的信息。